Alineación de suspensión dinámica
Probablemente ha experimentado un vehículo en el cual, sin importar cuánto se acerque a la especificación, el vehículo aún no seguirá una dirección correctamente o las llantas se desgastan irregularmente. Pueden no ser sus habilidades, puede ser la condición de la suspensión.
Uno de los conceptos más difíciles de comprender para cualquier técnico es cómo cambian los ángulos de alineación cuando un vehículo está acelerando, frenando o girando. La medición vista cuando los sensores y los objetivos están en el vehículo en el compartimento de alineación es solo un pequeño vistazo a la geometría de la suspensión.
Los fundamentos
El peso, el centro de gravedad, la altura y las dimensiones de un vehículo influirán en la cantidad de la transferencia de peso. La cantidad de peso transferido es igual al peso del vehículo multiplicado por la altura del centro de gravedad, multiplicado por el coeficiente de fuerza de adelante hacia atrás (expresado en fuerza g), todo dividido entre la dimensión transversal o de la distancia entre ejes, expresada en pulgadas.
La transferencia de peso puede reducirse al bajar la altura del centro de gravedad, al reducir el peso total del automóvil o al incrementar el ancho transversal o de la distancia entre ejes de este. Separar más las ruedas funciona porque expande la base que apoya al centro de gravedad.
La transferencia de peso ocurre durante todas las maniobras para todos los conductores, desde conductores adolescentes agresivos hasta ciudadanos adultos mayores cuidadosos. La mayoría de las SUV crossover experimentan y tratan con la transferencia de peso de una forma un poco distinta a la de sus contrapartes de plataformas de automóviles.
Cuando un conductor frena y gira el volante, suceden varias cosas. Al usarse los frenos, el peso se transfiere a las ruedas delanteras, y la nariz del vehículo se inclina y la parte trasera puede elevarse. Cuando el conductor gira el volante, el peso se transfiere al exterior de la rueda delantera y el cuerpo se inclina hacia ese lado. Conforme el conductor regresa el volante al centro y acelera fuera del giro, el peso se transfiere a la parte trasera y se asienta.
La cambiante actitud de la carrocería y de la suspensión en relación al camino durante la transferencia de peso tiene un efecto directo en los ángulos en las ruedas. Estos cambios en los ángulos pueden incrementar la tracción al cambiar la huella de la llanta o pueden causar que el vehículo deslice fuera de control.
Ángulos dinámicos
Los ángulos de alineación no son estáticos. Este es un concepto crítico que el técnico que interactúa con la parte inferior a la carrocería debe comprender. Cuando un vehículo está asentándose en el bastidor de alineación y al medirse los ángulos, solo se toma una pequeña imagen. Algunas veces es una imagen incompleta que el técnico necesita completar con una inspección cuidadosa y con otras mediciones.
La geometría y los puntos de sujeción de una suspensión cambian en relación al camino conforme el cabeceo y la guiñada cambian. Además, ángulos como inclinación del eje, convergencia y divergencia influyen unos en otros conforme el conductor gira el volante. Otro factor es la flexión o la elasticidad en la suspensión y en el sistema de dirección. Si un buje es suave, va a comprimirse y a cambiar efectivamente el punto de sujeción del la suspensión. Si un buje de la cremallera de la dirección está desgastado, la cremallera puede moverse e inducir a que el vehículo se mueva solo sin influencia del volante, y potencialmente causarle al conductor un a sensación de incertidumbre. Los rodamientos de la rueda y las unidades de cubo que tienen demasiado juego pueden provocar cambios en la divergencia y la convergencia. Si más de un componente tiene demasiado juego, las tolerancias pueden acumularse y causar una conducción difícil.
Algunos de estos términos y conceptos, como transferencia de peso y banda de contacto, puede asociar solamente con automóviles de carreras. Pero, en los vehículos de carretera de hoy en día, con suspensiones sofisticadas, estos términos están saliendo de la pista y pasando al camino.
Para comprender el lado dinámico de las suspensiones y las direcciones, es crítico comprender primero la transferencia de peso y cómo interactúa con las llantas. Estos conceptos pueden aplicarse entonces a los ángulos cuando el vehículo está en movimiento.
Suspensión y transferencia de peso
Las suspensiones están diseñadas para hacer más que solo mantener cómodos a los pasajeros. Las fuerzas de la transferencia de peso deben absorberse o tomarse por el sistema de suspensión, de lo contrario pueden expandirse rápidamente en la banda de contacto y pueden resultar en pérdida súbita de la adhesión.
El peso transferido es absorbido y amortiguado por los resortes, los amortiguadores y las barras oscilantes. Estos componentes están afinados para proporcionar la mejor banda de contacto de llanta posible, mientras proporcionan a los pasajeros un viaje cómodo.
Geometría
Mientras la suspensión absorbe las fuerzas de la transferencia de peso y las transfiere como una carga vertical controlada a la llanta, los brazos de control, las conexiones y los componentes relacionados están trabajando para maximizar la geometría a fin de dar la mejor banda de contacto posible mientras cambian la altura de conducción y el comportamiento de la carrocería.
Al diseñar un vehículo, incluso antes de fabricar los primeros prototipos de producción, la suspensión, los sistemas de dirección y el chasis son probados en una computadora. La prueba medirá “virtualmente” los ángulos de suspensión bajo el rango de movimiento completo. Esta prueba también tomará en consideración efectos dinámicos como la transferencia de peso y el rodamiento de la carrocería.
Con base en esta información, los ingenieros afinarán la configuración de alineación. Estos modelos de computadora determinan las especificaciones y las tolerancias que verá en una consola de alineación. Esta es una toma instantánea de la configuración estática para ese momento cuando no hay fuerzas externas actuando sobre el vehículo.
Convergencia
Los cambios dinámicos en la convergencia pueden ser difíciles de visualizar para algunos técnicos. Con velocidad, en una esquina, la carrocería de un automóvil gira (se inclina) al exterior de la esquina. La suspensión usa esta inclinación y este cambio en la altura de conducción para cambiar la convergencia a fin de maximizar la banda de contacto en ese momento.
Las ruedas no se mueven directamente hacia arriba y hacia abajo sin cambios en la convergencia. Los brazos de arrastre y las conexiones de la suspensión se mueven con radios y arcos distintos que afectan a la convergencia. Para hacer más fácil esto, extienda su brazo y muévalo hacia arriba y hacia abajo. Observe que no se mueve en una línea recta. En su lugar, se mueve en círculo o arco. Ahora, mueva su brazo solamente desde el codo. Observe que viaja en un arco más cerrado con un radio más corto. Lo mismo es cierto para los brazos de control y las barras de acoplamiento y las otras conexiones de la suspensión. Los ingenieros usan este efecto para inducir convergencia dinámica.
El cambio de convergencia dinámica funciona bien si el vehículo está en condiciones correctas de funcionamiento. Si la altura de conducción es incorrecta, los ángulos de alineación estática están fuera de especificación o los componentes de la suspensión tienen demasiado juego en ellos, la geometría completa puede hacer al automóvil incontrolable. Por eso, los amortiguadores, los soportes y los resortes desgastados pueden generar distancias de frenado más largas y disminuir el manejo. Además, si un vehículo tiene demasiada convergencia, puede reducir la habilidad de frenado al alterar la banda de contacto.
Cuando el vehículo pasa por un tope, el husillo sube y baja en su radio, determinado por los brazos de arrastre. Si la barra de acoplamiento gira en un radio diferente al husillo durante este recorrido de la suspensión, empujará o jalará el brazo de dirección del husillo, cambiando la dirección de la rueda delantera, dirigiendo el automóvil.
Inclinación del eje
Los ángulos de inclinación del eje son dinámicos mientras ocurre la transferencia de peso de adelante hacia atrás. Algunos fabricantes automotrices usan geometría “antidescenso” para cancelar estas y otras fuerzas. La inclinación del eje es el ángulo de la inclinación hacia adelante o hacia atrás del eje de dirección vertical. La inclinación del eje es afectada por el ángulo del bastidor. El ángulo del bastidor cambia bajo la transferencia de peso y la carga. Cuando un conductor pisa el freno, la suspensión frontal se comprime y el ángulo del bastidor se vuelve positivo. Esto hace a la inclinación del eje más negativa o positiva.
Demasiada inclinación del eje en cualquier dirección puede tener consecuencias no deseadas para la dirección y el manejo. En una maniobra de emergencia, al transferirse peso a las ruedas frontales, el conductor puede perder el control. El cambio en el ángulo de bastidor puede exagerarse, junto con una convergencia negativa, si los resortes o los amortiguadores están desgastados.
Si se sobrecarga un vehículo en la parte trasera y el ángulo de bastidor negativo lleva a una inclinación del eje positiva excesiva, el conductor notará una reducción en el esfuerzo para mover la dirección. Además, el conductor puede notar que la retroalimentación en el volante debida a topes y baches es más notable.
Combinar convergencia e inclinación del eje de forma dinámica
La inclinación del eje influye en la convergencia al girar el volante. Esta relación se llama giro convergente. La inclinación del eje en un husillo causará movimiento hacia arriba y hacia abajo en el cubo y la rueda conforme gira el volante. Por eso es importante mantener el volante recto al hacer un ajuste de convergencia.
Si el husillo avanza hacia abajo debido a la inclinación del eje, la convergencia se mueve en la dirección positiva. Si la rueda se mueve hacia arriba debido a la inclinación del eje, la convergencia se moverá en la dirección negativa. Este efecto puede ayudar a mejorar el manejo, mientras permite una especificación de convergencia muy neutral.
Comprender lo que sucede a los ángulos de alineación y a la dinámica del chasis cuando un automóvil está frenando y girando es crítico para completar el panorama total del sistema de alineación y dirección. Esta comprensión de lo que sucede cuando el vehículo sale del compartimento de alineación puede ayudarle a diagnosticar problemas más rápido y a hacer más ventas relacionadas con la alineación.
