Geometría de suspensión y dirección

A través de la huella de los neumáticos apoyados en sus llantas, el automóvil aporta sus cualidades de seguridad activa o primaria. Para que el conductor disponga del control del automóvil ha de contar este con capacidad direccional, seguir la trayectoria indicada por el volante con fidelidad y estabilidad.

Para obtener los mejores resultados de la calidad del contacto de los neumáticos con el suelo se diseña una geometría compleja, que además ha de ser dinámica al trabajar la suspensión y dirección moviéndose sus componentes. Consiste esta geometría en acoplar los diferentes componentes de la suspensión y dirección conformando ángulos que colaboran en la capacidad direccional y el retorno de la dirección al punto central, entre otros detalles.

Los efectos direccionales inducidos por la geometría en las ruedas implican ciertas tendencias que llegan a alterar su paralelismo circulando, que se ha de compensar para que en marcha vayan paralelas. En este artículo se va a presentar el conjunto de la geometría de suspensión y dirección de las ruedas delanteras, tres son los ángulos que se van a explicar con otro dato relacionado con el centro de la huella del neumático, en este caso es una distancia. Las ruedas traseras también tienen su geometría, más simple, aunque en los sistemas multibrazo el diseño dinámico es bastante elaborado.

Ángulo de avance

    • Se ve el automóvil de lado.
    • El conjunto de elementos de giro de dirección se inclina, de forma que la línea que une estos puntos forma un ángulo con la vertical, este es el ángulo de avance.
    • Las aportaciones del ángulo de avance son:
      • Capacidad direccional; las ruedas colaboran para que el automóvil mantenga la trayectoria en recta.
      • Retorno de la dirección tras las curvas; al soltar el volante después de un giro vuelve a su punto medio.
      • Más estabilidad de marcha; al balancearse y oscilar la carrocería el ángulo de avance contribuye para mantener más control sobre la trayectoria del automóvil.

 

El valor del ángulo de avance depende de varios factores, si aumenta mejora la capacidad direccional y retorno de dirección, pero se endurece el manejo del volante. Con dirección asistida se compensa disponiendo el diseñador de más libertad en la elección del ángulo de avance más adecuado.

Ángulo de pivote

Las aportaciones de este ángulo son similares a las del anterior de avance, de hecho se van a repetir añadiendo otro detalle.

    • Se ve el automóvil de frente.
    • El conjunto de elementos de giro de dirección se inclina, de forma que la línea que une estos puntos forma un ángulo con la vertical, este es el ángulo de pivote.
    • Las aportaciones del ángulo de pivote, que coinciden con las del de avance son:
      • Capacidad direccional; las ruedas tienden a mantener la línea recta.
      • Retorno de la dirección tras las curvas; al soltar el volante después de un giro vuelve a su punto medio.
      • Más estabilidad de marcha; al balancearse y oscilar la carrocería el ángulo de pivote contribuye para mantener más control sobre la trayectoria del automóvil.
      • A estas se añade otra; determina (con el ángulo de caída) el punto de giro de la dirección en el suelo. Este detalle es muy importante en el comportamiento del automóvil como veremos al explicar el radio de pivotamiento.

 

Con el ángulo de pivote pasa como con el de avance, favorece la direccionabilidad y retorno de dirección, pero endurece su manejo. Con dirección asistida se compensa.

Ángulo de caída

Este ángulo se puede detectar desde el exterior del automóvil si tiene un valor medio o alto, es la inclinación de las ruedas con respecto al suelo.

    • Se ve el automóvil de frente (por detrás para las ruedas traseras).

 

    • El ángulo de caída es la posición de las ruedas con relación al suelo; si son perpendiculares o verticales es caída “0”.
    • Si las ruedas están inclinadas hacia dentro del coche por la parte del piso es caída positiva “+”.
    • Cuando las ruedas están inclinadas por la parte inferior del automóvil hacia el exterior es caída negativa “–“.
    • La posición de asentamiento de las ruedas en el suelo, la caída, induce efectos determinados en la estabilidad y capacidad direccional.
    • El ángulo de caída con el de pivote determinan el punto de giro de la dirección en la huella del neumático en el piso.

La caída “0” no tiene efectos direccionales. La caída “+” tiende a que las ruedas abran, no van paralelas sino divergentes, esta solución antiguamente con carreteras abombadas para evacuar el agua permitía que las ruedas fuesen perpendiculares sobre el suelo. La caída “–” hace que las ruedas tiendan a cerrar, convergencia. Esta solución es adecuada para competición o alta velocidad en curvas, pero genera esfuerzos adicionales en diferentes elementos de suspensión y dirección.

La suma de los ángulos de pivote y caída es el ángulo incluso, que determina como se ve a continuación, el radio de pivotamiento.

Radio de pivotamiento

Es el resultado de la geometría de suspensión y dirección en el suelo, es una distancia.

    • Está el automóvil de frente.
    • El radio de pivotamiento es la distancia entre el centro de la huella del neumático y el punto de giro de la dirección proyectado en el suelo.
    • Lo determinan los ángulos de pivote, caída y bombeo de llanta (ET), este se comenta después y se incluye un enlace a otro artículo del blog sobre el tema.
    • Radio de pivotamiento “0”; coinciden los puntos del centro de la huella y proyección en el suelo del punto de giro de la dirección, no se generan efectos direccionales.
    • Radio de pivotamiento “+”; los puntos de giro de la dirección en el suelo están hacia el interior del automóvil con relación a los puntos del centro de la huella, al frenar abren (divergen) las ruedas y al acelerar con tracción (delantera) cierran (convergen).
    • Radio de pivotamiento “–”; los puntos de giro de la dirección en el suelo están hacia el exterior del automóvil con relación a los puntos del centro de la huella, al frenar cierran las ruedas (convergen) y al acelerar con tracción (delantera) abren (divergen).

 

Los efectos inducidos por el radio de pivotamiento afectan al comportamiento del automóvil y se diseñan para lograr la mejor estabilidad y capacidad direccional del automóvil. Con tracción (delantera) afecta en aceleración, efectos que no se producen con propulsión (tracción trasera).

Efectos direccionales del radio de pivotamiento

Con el automóvil en planta se van a representar los efectos direccionales de las tres opciones de radio de pivotamiento. Este automóvil tiene motor transversal delantero y tracción (delantera), se comenta el comportamiento con propulsión o tracción trasera.

    • Radio de pivotamiento “0”; no hay efectos direccionales al frenar o acelerar ya sea el automóvil de tracción (delantera) o propulsión (tracción trasera).
    • Radio de pivotamiento “+”:
      • Al frenar abren las ruedas, tienden a divergencia.
      • Con tracción (delantera) al acelerar las ruedas tienden a cerrar, convergencia.
      • Con propulsión (tracción trasera) no hay efectos al acelerar.
    • Radio de pivotamiento “–”:
      • Al frenar cierran las ruedas, tienden a convergencia.
      • Con tracción (delantera) al acelerar las ruedas tienden a abrir, divergencia.
      • Con propulsión (tracción trasera) no hay efectos al acelerar.

 

El hecho de que al frenar con radio de pivotamiento “–” tiendan a cerrar las ruedas aporta un plus de control dinámico de la trayectoria, además es un excelente complemento para el circuito de frenos independiente en diagonal “X”, pues compensa la tendencia de desvío del automóvil si falla uno de los circuitos independientes.

Radio de pivotamiento y bombeo de llanta

Además de los ángulos de pivote y caída el bombeo de llanta o ET es determinante para su posición y valor. Los fabricantes eligen el bombeo ET adecuado para la geometría de sus modelos, que se debe mantener si se montan llantas diferentes.

En el artículo del blog “Bombeo de llanta” en la sección de “Actualidad” (publicado el 11.05.2015) hay información sobre este tema, la imagen que se incluye corresponde al citado artículo. Si el tema es de interés, es un buen complemento de información

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Paralelo con divergencia y alineación

Se ve el automóvil en planta con dirección de cremallera, que tiene en sus extremos sistemas para regular la apertura, divergencia, o cierre, convergencia, de las ruedas. El objetivo del paralelo, como su nombre indica, es que las ruedas vayan paralelas circulando.

    • Si circulando el automóvil la tendencia inducida por la geometría explicada es que las ruedas cierren, convergencia, se ajustan estáticamente al mismo valor pero abiertas, divergencia, para que al circular vayan paralelas.
    • El reparto del paralelismo entre las dos ruedas es simétrico, es la alineación.
    • Si la divergencia es excesiva se desgastarán los neumáticos por el interior.

 

Paralelo con convergencia y alineación

    • Si circulando el automóvil la tendencia inducida por la geometría explicada es que las ruedas abran, divergencia, se ajustan estáticamente al mismo valor pero cerradas, convergencia, para que al circular vayan paralelas.
    • El reparto del paralelismo entre las dos ruedas es simétrico, es la alineación.
    • Si la convergencia es excesiva se desgastarán los neumáticos por el exterior.

 

El paralelo y alineación son siempre regulables, los demás ángulos pueden ser o no ajustables según la marca y modelo. Cuando no es posible lograr los valores preconizados actuando sobre los ángulos regulables, indica deformación en algunos elementos de suspensión, dirección o deformación de la estructura de la carrocería.

 

Artículos relacionados este tema en el blog hasta esta fecha:

En la sección “Tecnología limpias”

“De los frenos hidráulicos a los eléctricos I y II” (2.07.2014 y 16.07,2014

En la sección “Evolución de órganos y elementos”:

“Círculo de adherencia” (22.07.2015)

En la sección “Actualidad”

“Bombeo de llanta” (11.02.2015) y “Suspensión trasera multibrazo” (26.05.2014)

 

Otros enlaces relacionados

http://www.aficionadosalamecanica.net/direccion-geometria.htm

http://www.grupocircuit.com/nociones-sobre-alineacion-de-la-direccion-de-un-vehiculo-parte-4/

http://medias.norauto.es/images_produits/650×650/alinea-direccion-geometria-neumatico.jpg

 

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Un comentario

  1. Jorge Angel Lopez Sánchez

    Buen artículo.

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