sistema de suspension

ELECTROMECÁNICA

INICIACIÓN A LA PERITACIÓN DE AUTOMÓVILES MÓDULO: ELECTROMECÁNICA

TEMA A SISTEMA DE SUSPENSIÓN

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MÓDULO ELECTROMECÁNICA Tema A: Sistema de suspensión

Índice

1 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 3

2 ELEMENTOS DE LA SUSPENSIÓN .............................................................................................. 4

2.1 ELEMENTOS ELÁSTICOS DE LA SUSPENSIÓN ...................................................................................... 5 2.1.1 BALLESTAS .......................................................................................................................................6 2.1.2 MUELLES HELICOIDALES .....................................................................................................................8 2.1.3 BARRAS DE TORSIÓN .........................................................................................................................9 2.2 ELEMENTOS DE AMORTIGUACIÓN DE LA SUSPENSIÓN....................................................................... 11 2.2.1 AMORTIGUADOR HIDRÁULICO DE DOBLE EFECTO ................................................................................. 11 2.2.2 AMORTIGUADORES DE GAS .............................................................................................................. 13 2.3 OTROS ELEMENTOS DE LA SUSPENSIÓN ........................................................................................ 14 2.3.1 LAS BARRAS ESTABILIZADORAS ......................................................................................................... 14 2.3.2 TIRANTES DE REACCIÓN................................................................................................................... 18 2.3.3 BARRAS TRANSVERSALES ................................................................................................................. 18 2.3.4 BRAZOS ARTICULADOS .................................................................................................................... 19 2.3.5 MANGUETA .................................................................................................................................. 20 2.3.6 RÓTULAS DE SUSPENSIÓN ................................................................................................................ 20 2.3.7 SILENTBLOCKS ............................................................................................................................... 21

3 SISTEMAS DE MONTAJE......................................................................................................... 22

3.1 SUSPENSIÓN DELANTERA .......................................................................................................... 22 3.1.1 POR TRAPECIO ARTICULADO ............................................................................................................. 22 3.1.2 MCPHERSON ................................................................................................................................ 25 3.1.3 DOBLE TRIANGULO DE PIVOTE DESACOPLADO ..................................................................................... 26 3.2 SUSPENSIÓN TRASERA ............................................................................................................. 26 3.2.1 POR EJE RÍGIDO ............................................................................................................................. 26 3.2.2 CON EJE TORSIONAL O SEMIRRÍGIDO ................................................................................................. 28 3.2.3 INDEPENDIENTE DE BRAZOS ARTICULADOS Y MUELLE ............................................................................ 28 3.2.4 INDEPENDIENTE DE BRAZOS ARTICULADOS Y BARRAS DE TORSIÓN ........................................................... 30 3.3 INTELIGENTES O ADAPTABLES .................................................................................................... 32

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1 Introducción La posición del sistema de suspensión en el vehículo, interpuesto entre la carrocería y la carretera, hace que se vea afectado con frecuencia cuando el vehículo sufre un accidente, por lo que es importante que un perito tasador de automóviles lo conozca bien.

Primeramente se explican los elementos que componen un sistema de suspensión en cuanto a su función y ubicación. A continuación, se indican los diferentes tipos de suspensiones que se están montando actualmente, tanto para la suspensión delantera como para la trasera, haciendo referencia también a la suspensión hidroneumática. Finalmente se hace referencia a la evolución que está teniendo el sistema de suspensión, especialmente las suspensiones adaptativas o inteligentes. Una vez finalizado el tema, el alumno debe ser capaz de identificar cualquier pieza y su función dentro del sistema de suspensión del vehículo, así como determinar qué efecto tendrá una pieza dañada de este sistema sobre el comportamiento del vehículo.

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Suspensiones Audi TT coupé

2 Elementos de la suspensión

Elementos básicos de un sistema de suspensión.

Elementos elásticos.

Elementos de amortiguación.

Otros elementos. Todo sistema de suspensión debe disponer un elemento elástico, que puede ser ballestas, muelles helicoidales o barras de torsión; y elementos de amortiguación. Estos se encargan de absorber las oscilaciones de los elementos elásticos, de modo que evitan que se transmitan a la carrocería, convirtiendo la energía recogida de la masa oscilante en calor.

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Además, mantienen las ruedas en contacto con el suelo, con lo que mejoran la estabilidad y la capacidad para dirigir el vehículo. Cuando el vehículo encuentra un obstáculo o un bache, la rueda comprime o alarga el muelle de modo que éste recoge la energía producida en la oscilación, pero, al no tener capacidad de absorción, devuelve la energía inmediatamente y rebota sobre la carrocería, ya que es el único elemento móvil del sistema. Este rebote en forma de oscilaciones es el que tiene que frenar el amortiguador con el efecto de compresión en primer lugar y luego con el de extensión del muelle, con lo que actúa de freno en ambos sentidos.

2.1 Elementos elásticos de la suspensión Los elementos elásticos de la suspensión son tres:

Las ballestas

Los muelles helicoidales

Las barras de torsión Veamos, a continuación, la descripción de cada uno de estos elementos.

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2.1.1 Ballestas

Las ballestas están constituidas por un conjunto de hojas o láminas de acero especial para muelles, unidas mediante unas abrazaderas, que permiten el deslizamiento entre las hojas cuando éstas se deforman por el peso que soportan. La hoja superior, llamada hoja maestra, va curvada en sus extremos, formando unos ojos en los que se montan unos casquillos para su acoplamiento al soporte del bastidor, por medio de pernos o bulones. El número de hojas y su espesor está en función de la carga que han de soportar. Todas las hojas se unen en el centro mediante un tornillo pasante con tuerca, llamado capuchino”.

La ballesta, que presenta cierta curvatura, tiende a ponerse recta al subir la rueda con las desigualdades del terreno, con lo que aumenta su longitud. Por este motivo, su unión al chasis o a la carrocería deberá disponer de un sistema que permita su alargamiento.

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Generalmente, este dispositivo se coloca en la parte trasera de la ballesta y consiste en la adopción de una gemela que realiza la unión al chasis por medio de un tornillo pasante. Además, en el ojo de la ballesta, se coloca un casquillo elástico llamado silentblock, formado por dos manguitos de acero unidos entre sí por un casquillo de caucho, que se interpone a presión entre ambos. De esta manera, el silentblock actúa como articulación para movimientos pequeños, como los de la ballesta en este lugar, sin que se produzcan ruidos ni requiera engrase.

Esta disposición de montaje admite el alargamiento de la ballesta y las variaciones de curvatura, que se producen por las oscilaciones a que está sometida durante la marcha del vehículo. La suspensión por ballestas se emplea en vehículos dotados de puentes delantero y trasero rígidos.

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2.1.2 Muelles helicoidales

Los muelles helicoidales están construidos por una varilla de acero de diámetro comprendido, generalmente, entre diez y quince milímetros, enrollado en forma de hélice. Sus espiras extremas se hacen planas para obtener un buen asiento, tanto en al zona superior como en la inferior. El diámetro del muelle varía en función de la carga que ha de soportar.

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Variando sus características constructivas (diámetro de la varilla, número de espiras, ángulo de inclinación de las mismas, diámetro del muelle, etc.), se puede conseguir que la suspensión se comporte de diferentes maneras. Por ejemplo, con la utilización de muelles helicoidales cónicos, en los que el diámetro de las espiras va disminuyendo progresivamente de un extremo a otro, se consigue flexibilidad progresiva, a medida que se comprime el muelle.

2.1.3 Barras de torsión

El funcionamiento de las barras de torsión está basado en el principio de que, si a una varilla de acero elástico, sujeta por uno de sus extremos, se le aplica por el otro un esfuerzo de torsión, la varilla tenderá a retorcerse, y volverá a su forma primitiva, por su elasticidad, cuando cese el esfuerzo de torsión.

El montaje de estas barras sobre el vehículo se realiza fijando uno de sus extremos al chasis o a la carrocería, de forma que no pueda girar en su soporte; en el otro extremo, se coloca una palanca solidaria a la barra, unida en su extremo libre al eje de la rueda. Cuando ésta suba o baje por efecto de las desigualdades del terreno, se producirá en la barra un esfuerzo de torsión, cuya deformación elástica permite el movimiento de la rueda.

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Las barras de torsión se disponen de forma paralela al eje longitudinal del vehículo, en el eje delantero, sujetas por el extremo de torsión al brazo de la suspensión en su eje de giro, y por el otro extremo a un punto fijo sujeto a la carrocería.

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Asimismo, se disponen de forma transversal al eje longitudinal del vehículo, en el eje trasero, sujetas de la misma manera que las delanteras, punto fijo al puente o a la carrocería, y el de torsión sujeto al brazo de su eje de giro.

2.2 Elementos de amortiguación de la suspensión Según el fluido que contienen, los amortiguadores se pueden clasificar en dos tipos:

Amortiguadores hidráulicos de doble efecto

Amortiguadores de gas

2.2.1 Amortiguador hidráulico de doble efecto

Los amortiguadores hidráulicos de doble efecto, y telescópicos, se componen de dos tubos concéntricos (8 y 5), sellados por el extremo superior con el retén (2), a través del cual pasa el vástago (9), determinado en el extremo de fuerza por el anillo (1), que se une al bastidor, y que lleva un tercer tubo abierto (3), denominado cubrebarros. El vástago (9) termina en el pistón (4), con orificios calibrados y válvulas dentro del tubo interior (8). En el extremo del tubo interior (8) se encuentran las válvulas de amortiguación (6) en compresión. El amortiguador se une por articulación de fijación (7) al eje o rueda.

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Los elementos más importantes son:

El pistón (4), que sirve para controlar los esfuerzos de frenado en extensión.

Las válvulas (6), que sirven para controlar los esfuerzos de frenado en compresión.

El retén (2), que sirve para evitar la fuga del aceite.

Su funcionamiento del amortiguador hidráulico de doble efecto es el siguiente: cuando el amortiguador se comprime, parte del aceite que se encuentra en la cámara intermedia (8) pasa a la cámara superior, a través de las válvulas (4) situadas en el pistón. El resto del aceite pasa a la cámara inferior (5), a través de las válvulas (6), que limitan el paso de aceite, amortiguando la compresión.

Cuando se produce el efecto de expansión, el aceite pasa de la cámara superior y de la cámara inferior a al cámara intermedia, a través de las válvulas (6) y (4). El paso por las válvulas (4) provoca el efecto de amortiguación en expansión.

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2.2.2 Amortiguadores de gas

El amortiguador de gas se basa en el principio del movimiento de un pistón (4) en un tubo (5) lleno de aceite, que, en uno de los extremos (8), tiene una pequeña cantidad de nitrógeno a alta presión (veinticinco bares). Un pistón flotante (6) separa el gas del aceite, evitando que ambos se mezclen. Por el otro extremo va sellado con un retén (2) a través del cual pasa el vástago (9), protegido por el cubrebarros (3) y terminado en el extremo de fuerza por anillo (1) que se une al batidor. En el otro extremo del vástago (9) se sitúa el pistón (4) con orificios calibrados y válvulas. El amortiguador se une al brazo de suspensión por la articulación de fijación (7)

El funcionamiento del amortiguador de gas es el siguiente:

Cuando el pistón (2) desplaza el aceite de la cámara (5) durante la compresión, este aceite comprime un poco más el nitrógeno (8). Por tanto, el gas se ve sometido a variaciones de volumen, por lo que actúa como un muelle.

La presión continua ejercida por el gas sobre el aceite, por medio del pistón flotante (6), asegura una respuesta instantánea y un funcionamiento más silencioso de las válvulas del pistón. Además, esta presión evita los fenómenos que provoca la aparición de espuma en el aceite, que pueden hacer, momentáneamente, ineficaz la amortiguación.

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2.3 Otros elementos de la suspensión El resto de los elementos que componen la suspensión se puede dividir en:

Elementos que mejoran el comportamiento de la suspensión: o Las barras estabilizadoras o Los tirantes de reacción o Las barras transversales

Elementos constructivos: o Los brazos articulados o La mangueta o Las rótulas de suspensión o Los silentblocks

2.3.1 Las barras estabilizadoras

Cuando el vehículo toma una curva, la acción de la fuerza centrífuga carga el peso del coche sobre las ruedas exteriores, con lo cual, la carrocería tiende a inclinarse hacia ese lado, con peligro de vuelco.

Para evitar que suceda, se montan barras estabilizadoras sobre los ejes, que consisten, esencialmente, en una barra de acero elástico, cuyos extremos se fijan a los brazos de suspensión de las ruedas; de esta forma, al tomar una curva, como una de las ruedas tiende a bajar y la otra a subir, se crea un par de torsión en la barra que absorbe el esfuerzo e impide que la carrocería se incline a un lado, con lo que la manteniéndola estable.

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Se produce el mismo efecto cuando una de las ruedas encuentra un bache u obstáculo, de modo que, al bajar o subir la rueda, se crea un par de torsión en la barra, que hace que la carrocería se mantenga en posición horizontal.

Asimismo, la barra estabilizadora actúa con el vehículo en línea recta, con lo que se evitan los balanceos laterales; por ello, también recibe el nombre de barra antibalanceo.

Para la suspensión delantera, el montaje se realiza de dos formas:

1. Brazo articulado; 2. Barra estabilizadora; 3. Anclaje; 4. Bieleta

anclando los extremos de la barra directamente al brazo de suspensión.

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O por interposición de una bieleta.

En las suspensiones tipo McPherson se anclan los extremos mediante bieletas y rotulas a las columnas de suspensión. Además, la barra se sujeta a la carrocería o puentes mediante silentblocks.

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Para la suspensión trasera, se monta anclado sus extremos a los brazos de suspensión, ya sea directamente o mediante bieletas. Además, la barra se sujeta a la carrocería o al puente trasero mediante silentblocks.

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2.3.2 Tirantes de reacción

Los tirantes de reacción son barras de acero que se encargan de sujetar longitudinalmente los elementos de la suspensión, de modo que evitan que, en las aceleraciones o frenadas, el conjunto de suspensión se desplace hacia delante o hacia atrás.

En las suspensiones se montan acompañando a los brazos articulados, tipo barra, o a los ejes rígidos.

2.3.3 Barras transversales

Son barras de acero que se encargan de sujetar transversalmente las suspensiones por eje rígido, con lo que se evita que se desplace el eje en las curvas. Además, deben permitir las oscilaciones del puente para conseguir la amortiguación.

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2.3.4 Brazos articulados

Los brazos articulados (2) se sitúan entre la carrocería y la mangueta, y se pueden montar sobre la parte superior o inferior de la suspensión. Su misión es mejorar el guiado del neumático y permitir su oscilación.

Se fabrican de acero o aleación de aluminio, ya sea en forma de triángulo o tipo barra. La sujeción a la carrocería se efectúa mediante silentblocks (3) y, a la mangueta, mediante rótulas (1).

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2.3.5 Mangueta

La mangueta sirve de apoyo a las ruedas directrices y les permite rodar y orientarse al girar el volante. La unión de la mangueta con el resto de los elementos de la suspensión se realiza en función del tipo de suspensión: en McPherson, mediante rótula directamente al brazo y al amortiguador; en trapecio articulado, mediante rótulas a cada uno de los brazos de la suspensión.

2.3.6 Rótulas de suspensión

Son elementos de unión que posibilitan el giro de las piezas en varias direcciones. Están constituidos por una bola de acero (4), alojada en el interior de un cuerpo metálico (3) por medio de dos soportes (5) de nylon, que permiten el giro de la bola por la acción del vástago (1) unido a ella. El vástago va roscado por su parte superior con una tuerca, que lo sujeta a los elementos de la suspensión. Además, dispone de unos guardapolvos (2) y justas de estanqueidad (6) para evitar la entrada de suciedad en el interior de la rótula.

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2.3.7 Silentblocks

Los silentblocks son elementos elásticos de unión fabricados con caucho, que absorben las vibraciones de la suspensión y evitan que se transmitan a la carrocería. En suspensiones se utilizan para unir los brazos con la carrocería y permitir su giro.

Están formados por dos carcasas metálicas (1 y 3) que sirven de fijación a los elementos que unen y en medio se sitúa el elemento elástico de caucho (2).

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3 Sistemas de montaje Actualmente, la mayoría de los vehículos han adoptado para las ruedas delanteras la suspensión independiente, que impide que se comuniquen de una rueda a la otra los choques y vibraciones, lo que permite un contacto mejor en el terreno, cualesquiera que sean las oscilaciones de la carrocería. Entre los sistemas utilizados están el trapecio articulado y la suspensión McPherson. Para la suspensión trasera existen más posibilidades, entre las que están el eje rígido, el eje torsional o semirrígido y la suspensión independiente.

3.1 Suspensión delantera

3.1.1 Por trapecio articulado

Este tipo de suspensión está formado por los brazos (A) y (B), articulados por un extremo al chasis en los ejes de giro (C) y (D), mediante silentblocks, y por el extremo opuesto a la mangueta (E), con interposición de las rótulas (F) y (G), sobre las que la mangueta puede girar para orientar la rueda. Entre el brazo (B) y la carrocería se interpone el muelle (H), como elemento elástico. Por su interior, pasa el amortiguador (I), que se une también al brazo (B) y a la carrocería por medio del soporte (K). El brazo inferior, al ser tipo barra, debe ir colocado transversalmente al vehículo con la ayuda de un tirante de reacción (J).

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Cuando la rueda sube, debido a las desigualdades del terreno, levanta la mangueta (E), que eleva los brazos (A) y (B) por sus extremos (F) y (G). El movimiento del brazo (B) comprime el muelle (H), que se opone a este movimiento. El amortiguador (I) atenúa las oscilaciones debidas al disparo del muelle cuando la rueda supera el obstáculo que la obligó a levantarse.

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Una variante de este sistema de suspensión es aquella en la que el conjunto muelle-amortiguador se sitúa entre el brazo oscilante superior y la carrocería.

Esta disposición se emplea para poder acoplar un árbol de transmisión, en los vehículos con tracción delantera.

En la figura siguiente pueden verse las articulaciones (A) y (B) de los brazos oscilantes, fijadas a la carrocería, y la unión de la mangueta (E) a ellos, por medio de las rótulas (C) y (D) a dichos brazos. El amortiguador (G) se fija al brazo superior por medio de la articulación elástica (H), mientras que el extremo superior se fija a al carrocería en (F), por medio de anillos de caucho. El muelle de suspensión se apoya también en la carrocería en su extremo superior, mientras por el extremo inferior se apoya en el plato (I), solidario a la carcasa del amortiguador, o directamente en el brazo superior.

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3.1.2 McPherson

Este es el sistema más utilizado en la actualidad para la suspensión delantera independiente. Consiste en un brazo inferior (1), que se articula por un extremo a la carrocería en (A) y por el otro a la mangueta (2), con interposición de una rótula. La parte superior de la mangueta, en vez de unirse a otro brazo como en el sistema anterior, lo hace al tubo (3), que constituye el amortiguador. Este dispone de un plato soporte (4) en el que se apoya el muelle (5), que se acopla, por su parte superior, en el platillo (6), sujeto a la carrocería por medio de la fijación superior del amortiguador con interposición del taco elástico (7). De esta manera, los movimientos verticales de la rueda son absorbidos por el muelle, cuyas oscilaciones atenúa el correspondiente amortiguador.

Otra característica importante es que el conjunto formado por el amortiguador y el muelle gira al orientarse la rueda, dado su enlace directo con la mangueta. Por esta razón, se hace necesario disponer de un cojinete axial en el extremo superior del amortiguador, en el acoplamiento a la carrocería.

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3.1.3 Doble triangulo de pivote desacoplado

Esta nueva suspensión es una variante de la de trapecio articulado en el que la mangueta se divide en dos piezas, la mangueta propiamente y el portamangueta, que se ancla a los brazos de suspensión.

1 y 6: Brazo superior e inferior; 2: Portamangueta; 3 y 5: Rotulas; 4: Mangueta

3.2 Suspensión trasera

Existen tres formas de suspensión para las ruedas traseras.

Eje rígido

Eje torsional o semirrígido

Independiente de brazos articulados

3.2.1 Por eje rígido

En este sistema, se dispone de un eje trasero rígido (1) con suspensión por muelles helicoidales (2), amortiguadores (3) y barras estabilizadora (4). En estos casos, se hace imprescindible el montaje de unos tirantes de reacción (5), que enlazan el eje trasero con la carrocería para mantenerlo en posición. Completa el sistema un brazo central (6) unido también a la carrocería, que limita los movimientos transversales del eje, pero que permiten su movimiento de amortiguación. Estos tres brazos disponen de articulaciones elásticas en las uniones al eje y a la carrocería, que permiten los movimientos verticales, sin que se produzcan ruidos y sin necesidad de engrase.

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3.2.2 Con eje torsional o semirrígido

En este sistema, los brazos (1) y (2) forman cuerpo con la traviesa (3) y todo el conjunto se fija a la carrocería en los puntos (4) y (5), con interposición de casquillos elásticos de gran flexibilidad. En los extremos posteriores de ambos brazos, se acoplan los conjuntos de muelle y amortiguador, que realizan la función de suspensión. Con este sistema, se dispone, al mismo tiempo, de la robustez de un eje trasero rígido y de la elevada sensibilidad de una suspensión independiente. La traviesa (3) que enlaza ambos brazos trabaja a torsión, realizando una función estabilizadora en la marcha del vehículo.

3.2.3 Independiente de brazos articulados y muelle

Este sistema está compuesto básicamente por tres elementos: un amortiguador (1), un muelle helicoidal (2) y un brazo articulado (3). El brazo va sujeto a la carrocería o a un puente mediante dos silentblocks

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(4), que permiten su giro. El amortiguador y el muelle se sujetan al brazo y por el otro a la carrocería; pueden ser concéntricos o desplazados.

Si el vehículo dispone de tracción trasera, se le añade un subchasis (5) para sujetar el diferencial trasero, pero el sistema de suspensión no varía. El subchasis servirá, a su vez, como soporte de los brazos de suspensión. Además, dado que la suspensión es independiente, se necesita una barra estabilizadora (6).

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Existen dos variantes de este sistema, en función de la posición del eje de giro del brazo; si es perpendicular al eje del vehículo, se denomina suspensión arrastrada; si el eje es inclinado, se trata de una suspensión semiarrastrada.

Suspensión arrastrada Suspensión semiarrastrada

3.2.4 Independiente de brazos articulados y barras de torsión

En este sistema, se sustituyen los muelles helicoidales por barras de torsión transversales (5), una para cada rueda. Además, se compone de un brazo articulado (1) fijado al eje (2), que se une la carrocería por medio de los soportes (3). Las barras de torsión se fijan a cada uno de los brazos (1) por un extremo y por el otro a los soportes (3). Como elemento de amortiguación, se encuentran los amortiguadores (4).

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En otros casos, las barras de torsión de ambos lados quedan en prolongación una de otra, emplazadas en el interior del eje trasero, formado por dos tubos (5 y 7), que se incrustan uno en el otro, apoyándose en los cojinetes de fricción (9 y 10). Cada tubo se une a uno de los brazos de suspensión (1 y 3), que se articulan en los soportes (4 y 8) por medio de casquillos elásticos. Estos soportes, a su vez, están fijados al chasis y a ellos se estrían las barras de torsión (2 y 6) por su extremo exterior; por el interior se estrían a sus respectivos tubos.

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3.3 Inteligentes o adaptables

En estos sistemas se pueden variar la dureza del amortiguador: se hace más blando para asegurar un mayor confort o más duro para favorecer el rendimiento dinámico del vehículo (con lo que mejora su estabilidad de frenada y aceleración). Cada fabricante denomina a estas suspensiones de una manera, pero todos constan de una unidad electrónica de control (1), amortiguadores con electroválvulas (2) y una serie de sensores, que informan a la unidad de control sobre los siguientes datos: velocidad (6), posición de volante (4), aceleración del vehículo (7) y el detector de cabeceo (8).

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Según los datos recibidos, la unidad de control envía señales a las electroválvulas situadas en cada amortiguador. Cuando las electroválvulas están abiertas, permiten el paso del aceite del amortiguador por un canal adicional, con lo que se obtiene una amortiguación más blanda. Si las electroválvulas se cierran, se suprime el paso adicional de aceite, de modo que se consigue una suspensión más dura.

Hay sistemas de este tipo que permiten al usuario la opción de seleccionar la posición más dura mediante un interruptor (3) (conducción deportiva) o liberar el sistema para que funcione automáticamente.

Los elementos que componen una suspensión inteligente son los siguientes:

El microprocesador (1)

Los amortiguadores (2)

El interruptor de selección (3)

Los sensores (4, 5, 6, 7, 8)

sistema de suspension

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