Curso Vehiculos Competicion Diseno Analisis Suspensiones

Diseño y Análisis de Competición.

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Introducción a un una s su uspensión. .  –  –

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Ubicación El paquete ganador   –  –  –  –

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Diseño de suspensión suspensión externa externa.. Diseño de geometría geometría de de suspensión suspensión en en vista frontal. frontal. Diseño de sistema sistema de dirección. dirección. Geometría de suspension suspension en vista lateral.

Transferencia de masa Amortiguadores  –

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Dimensionado de resortes Dimensionado resortes Dimensionado Dimensio nado de barras barras estabilizado estabilizadoras ras

Selección Selecció n de caracterís características ticas técnicas técnicas de de amortiguadores amortiguadores

Técnic Técn icas as de co cons nstr truc ucci ción ón pr prac acti tica cas s en en la su susp spen ensi sión ón Bases de dinámica vehicular 

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Es un sistema masa-reso sorrte. resorte ni un amortiguador) Filtro Mecánico  – Independizar ocupantes del vehículo de las vibraciones del sue o como a .  – Reducir la variación variación de la fuerza en el punto de contacto de la rueda (tracción).

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Control de de transf sfe erencia de masa  – Controla la velocidad velocidad de transferencia de masa.  – Controla la distribución distribución de la

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La función principal de un resorte . Esta energía es luego absorbida por el amortiguador. Los resortes se utilizan para .  –  –

Movimiento vertical y cabeceo (resortes convencionales) Alabeo (barras estabilizadoras)

• través de la historia se han realizado un sinnúmero de soluciones que se analizaran a continuación.

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Esta solución ha servido para soportar la ma or arte de los vehículos desarrollados a través de la historia. Su gran ventaja practica era la capacidad de ser manufacturado por un herrero. Sirve de resorte y de mecanismo de Su bajo costo de producción lo convierte en una alternativa interesante. Su uso en la competición se ha visto muy afectado debido a su alto peso y a la propiedades rápidamente (ajuste en pista) Su constante se calcula siguiendo la siguiente formula:

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Consisten de simples elementos de barra o tubería ue se car an en torsión. Su respuesta es completamente lineal Se utiliza comúnmente como resorte en los sistemas que resisten el alabeo (barras estabilizadoras) como resorte de movimiento vertical en los monoplazas de alto nivel (Formula 1, Le Mans) La rigidez de una barra de este tipo esta

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Es un medio de suspensión que través de los años Es controlable Ligero x s e una gran can a e conocimiento en cuanto a su diseño Se puede formular de manera que amortiguador  Debido a su baja deflexión se requieren mecanismos sistemas en tracción.

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El aire esta alrededor de todos

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Ha funcionado muy bien en aplicaciones comerciales donde se requiere un control de la suspensión. Es muy importante sin embargo, con ro ar:

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La temperatura La Presión

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Compresor o tanque

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absorba la energía. Permite el desarrollo de estrategias de control y de suspensiones activas.

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Este método solo debe utilizarse en caso e suspens n servo r u ca activa.

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En este caso toda la suspensión se condensa en un pistón hidráulico y un programa de computador hace las veces de resorte/amortiguador.

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Fue usado con mucho éxito en Lotus 99T de 1987 en el ue A rton Senna ganó el GP de Mónaco

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Su principal problema es el costo de componentes hidráulicos livianos y la control necesarias.

• Se fundamente en complejas estrategias de control. • erm e una suspensión infinitamente a ustable. • Las soluciones actualmente existentes

Video

• Es el tipo de resorte mas u za o en os ve cu os e competición y de calle hoy en día • • Es predecible • Es liviano • Confiable • Pueden ser constantes o

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Para dimensionar los resortes necesarios ara un carro es necesario distin uir cuales son los dos modos del cuerpo que rigen su comportamiento  –

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Alabeo y movimiento vertical

Para comenzar se deben estimar para el vehículo los siguientes parámetros:  –  –  –  –  –  –  –  –

Peso (con piloto y fluidos) (m) Porcentaje del peso adelante (Dm) Trocha (T) Altura del centro de gravedad (Hcg) Ventaja mecánica deseada entre resorte y llanta Rs Ventaja mecánica deseada entre barra estabilizadora y llanta (Rb). Altura del centro de alabeo (Hrc) (se describirá mas adelante.) Fuerza aerodinámica esperada (Fa)

Dimensionado para el movimiento vertical (resortes) • El dimensionado de los resortes se rea za mediante la frecuencia fundamental (f) del • Esta debe estar entre 0.8 y 6Hz. • La frecuencia del tren trasero debe ser aproximadamente 20% mas que a e an era

Dimensionado para el movimiento vertical (resortes) •

Una vez se calculó la constante del resorte es necesario verificar su desplazamiento con el peso del carro  –  –

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Se debe diseñar la precarga (P) para que 2/3 de la carrera del resorte sean en compresión Se debe asegurar que bajo la carga aero n m ca m x ma a suspens n no se comprime hasta el tope

Este dimensionado debe hacerse muy al principio del proceso de diseño y debe realizarse en una tabla de calculo , a medida que se tiene mas información durante el proceso de diseño y permitirá realizar las modificaciones pertinentes.

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Es muy importante saber que para

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los resortes, como las barras estabilizadoras Se introduce un parámetro que se

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independiente adelante y atrás, este es el principal parámetro para afectar el comportamiento del carro (Nm/grado) Se determina también un parámetro llamado el gradiente de alabeo que permite definir el ángulo de alabeo en función de la .

Resistencia de los resortes.

Resistencia de las barras Estabilizadoras.

Calculo de la constante a la rueda gracias a la barra estabilizadora •

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La barra estabilizadora es un resorte de ti o torsión como se mencionó anteriormente que sirve para oponerse solo al alabeo. Esta barra puede ser de tipo hueco o solido y debe dimensionarse además ara la fati a. Existe además un componente de flexión en el brazo pero en este calculo se desprecia, sin embargo en caso de utilizar ajuste de tipo “cuchilla” se deben utilizar. Las barras huecas son mas livianas y se aconseja su utilización. ( en este caso D^4=(D^4-d^4))

Paréntesis (tipos de ajuste de barra estabilizadora)

Calculo de la resistencia al alabeo

δ

k

k

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Se reconoce que el centro de cual el chasis gira en el momento de alabeo.  –

Se obtiene por construcción geométrica, se profundizara mas adelante.

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Según el principio de d’alembert una fuerza lateral genera una fuerza centrifuga aplicada en el

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La diferencia entre la altura del centro de alabeo y el centro de gravedad genera un momento y . La relación entre la aceleración lateral (a) y el alabeo θ se conoce como gradiente de alabeo.

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• Existen muchos tipos de suspens n. • Nombradas de acuerdo a la ubicación de sus . • Además existen posibilidades casi infinitas de posicionamiento de los componentes • A continuación se presentaran algunas de .

Paralelogramo deformable convencional

Suspensión en paralelogramo tijera superior 

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• Suspensión externa se llama todo lo que hay por fuera de las tijeras de suspensión • Antes de comenzar a diseñar   –  –  –  –  –  –  –

Rin (estándar) Disco (estándar) Rodamientos (estándar) Porta Manguetas (estándar)

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El camber es la inclinación de la rueda con res ecto a un lano vertical er endicular a su eje.  –  –  –

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Positivo cuando la parte de arriba de la rueda va hacia fuera El camber negativo aumenta la tracción en curvas (borrador), pero demasiado genera erdida de ca acidad de frenado. El camber varía con la posición de la suspensión.

El ángulo de pivote, es el ángulo que se forma entre las dos rotulas del porta manguetas y una línea vertical en vista .  –  –  –

Este ángulo es fijo en la formula SENA. (porta manguetas estándar) Con este ángulo se busca reducir el offset de pivote. Los efectos de este en el camber son

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El offset de pivote es la distancia rueda y la línea que una las dos rotulas.  – Determina el radio que hay que “arrastrar” la rueda.  – Tiene una influencia directa en la dureza de la dirección.

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El ángulo de caster es el equivalente del ángulo de pivote pero en v s a a era  – Tiene un efecto beneficioso en el camber   – Generalmente oscila entre 4° y 7°  – determinado por el caster 

Geometría de la suspensión en vista frontal. • condiciones en las que se debe evaluar la geometría de la suspensión  – Alabeo  – Movimiento vertical

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o o es un compromiso

camber en todas las condiciones. • Se busca también minimizar la variación de la trocha • Se busca minimizar el movimiento del centro de alabeo.

Tijeras cortas/paralelas y de igual longitud estático

Tijeras cortas/paralelas y de igual longitud movimiento vertical

Tijeras cortas/paralelas y de igual longitud alabeo

Tijeras cortas/paralelas y de igual longitud alabeo y compresion

Tijeras largas/paralelas y de igual longitud estático

Tijeras largas/paralelas y de igual longitud movimiento vertical

Tijeras largas/paralelas y de igual longitud alabeo

Tijeras largas/paralelas y de igual longitud alabeo y compresion

Tijeras paralelas de longitudes diferentes estático

Tijeras paralelas de longitudes diferentes movimiento vertical

Tijeras paralelas de longitudes diferentes alabeo

Tijeras paralelas de longitudes diferentes alabeo y compresión

Tijeras no paralelas y de longitudes desiguales estático

Tijeras no paralelas y de longitudes desiguales movimiento vertical

Tijeras no paralelas y de longitudes desiguales alabeo

Tijeras no paralelas y de longitudes desiguales alabeo y compresi n

• Si el centro de alabeo esta a la altura del centro de grave a no ay a a eo • Existen unas fuerzas llamadas “Jacking” que dependen de la altura del centro de alabeo

• sistema de parámetros que se  – El ackerman  –  – El bump steer 

• por Erasmus Darwin • los coches de • Busca hacer que el de un punto fijo

“ • Trayectorias diferentes entre tijeras y barras de dirección • ángulo de dirección de la rueda varíe con el • Se deben realizar simulaciones que este fenómeno

”

“ • Es e uivalente al “bump steer” pero ocurre en el alabeo. • Se debe minimizar pero si no es posible a an a e a uera.  – Se debe abrir .  – Se debe cerrar atras

”

Geometría de suspensión en vista lateral • Re ulando la inclinación de las tijeras en vista lateral movimiento del carro en aceleración/frenado • Se conoce como anticlavada y a anti

• de transferencia de , longitudinal y la .

Transferencia de masa longitudinal • en aceleración . • Depende de la , distancia entre ejes centro de gravedad

• Se realiza or tren delantero/trasero • Existen tres  – De la masa no suspendida  – A través de los centros de alabeo  – resortes y barras estabilizadoras

Transferencia de masa no suspendida • La masa no suspendida es:  –  –  –  –  –  –  –

Llanta Rin Discos anzanas Pta Manguetas Mordazas Mitad de las tijeras resorte / pushrod/ pullrod

• Es instantánea e incontrolable

Transferencia de masa a través del centro de alabeo • masa suspendida y adelante / atrás produce jacking

Transferencia de masa través de resortes y barras • rigidez de los barras, es se controla el del vehículo.

• Estos sirven para disipar a energ a a sor a por el resorte. • Anteriormente consistían en correas de cuero que frotaban contra piezas metálicas. • Hoy consisten en complicados sistemas hidraulicos

 Alta velocidad

• digresivo, presenta de fuerza vs-

Baja velocidad

La especificación de los amortiguadores • de los realiza utilizando la relativa.

Técnicas de construcción de suspensión • soldar los suspensión es importante

• parte externa de , idealmente deben para resistir mejor flexión

• que este se haga de las tijeras montaje del tipo

Introducción a la dinámica vehicular  • “A arte de las fuerzas aerodinámicos, las llantas generan las externas sobre el vehiculo.” • Suspensión debe ser diseñada para .

lat 

vert 

, ,

• No es un derra e. • Es la diferencia entre la dirección en y la que apunta el parche de contacto. • Aumenta la tracción al aumentar hasta cae.

• Como la fricción la uerza que e erce una llanta depende de su fuerza vertical. • Las características visco elásticas del caucho causan sin embargo una característica llamada sensibilidad a la carga.

• aceleración que una llanta es ca az de entregar es la misma en todas las recc ones. • Se conoce como c rcu o e racc n.

Como modificar el vehículo de acuerdo a su comportamiento. Tomado de “Engineer in your ”

Inestabilidad en la línea recta (general) •  – Debido a error de alineación  – Debido a bum steer 

• Falta de apoyo aerodinámico trasero • llantas • suspensión o chasis

Inestabilidad en la línea recta (en la aceleracion) • • Falta de convergencia trasera •

e ex n en e emen os e chasis/suspension

• Diferentes radios de llantas • Pesos diferentes a ambos lados

Inestabilidad en la línea recta imperfecciones de pista • • Exceso de convergencia/divergencia •

as er

eren e en am os a os

• Ajuste asimétrico de amortiguadores • Pesos asimétricos •

• Tren delantero derra a  – Exceso de frenado en el tren delantero  – Exceso de fuerza de extensión en .

• Tren trasero derrapa  – Exceso de frenado atrás  – Falta de recorrido en extensión tren trasero  – Pesos descompensados  – xceso e uerza e ex ens n en amortiguadores trasero.

Vehículo pesado y falto de respuesta • • Resortes y barras muy blandos •

xceso e uerza aero n m ca poco resorte)

• Si la aceleración a alta velocidad es lenta, el problema puede ser un exceso de alerón trasero.

Vehículo responde muy r pidamente y derrapa f cilmente • Exceso de resión de llantas • Exceso de fuerza de compresión en amorti uadores • Carro muy rígido para un piloto sin experiencia • Demasiada resistencia al alabeo • Exceso de convergencia • Falta de fuerza aerodinamica

Subviraje a la entrada de la curva “voltea bien y se va” • adelante • • Falta de fuerza de compresión en el • Falta de resistencia al alabeo adelante •

os c n e cen ros e a a eo na ecua a.

Subviraje a la entrada de la curva “carro no voltea” • • • • • • • • • •

Piloto frena muy tarde Trocha delantera muy angosta Exceso de presión en llantas delanteras Exceso de resistencia al alabeo delantera Falta de fuerza aerodinámica adelante Falta de divergencia adelante Falta de ackerman Centro de alabeo delantero demasiado alto o demasiado bajo Falta de fuerza de compresión en amortiguador delantero Camber ositivo dinamico en llanta externa

Subviraje en la mitad de la curva • • Exceso de resistencia al alabeo •

xceso e ac erman

• Falta de camber dinámico adelante • Falta de trocha delantera •

•  – Aceleración muy rápida por parte del piloto  –

• Curvas rapidas  – Falta de apoyo aerodinámico delantero  – Trocha muy angosta

• • Caster desbalanceado •

am er es a ancea o

Sobreviraje a la entrada de la curva • • Resistencia al alabeo trasera muy alta •

recuenc a rasera muy a a

• Centro de alabeo trasero muy alto • Falta de apoyo aerodinámico trasero • • Daño en barra estabilizadora delantera

Sobreviraje en el medio de la curva • • Exceso de resistencia al alabeo trasera •

uspens n rasera es a egan o a ope

• Barra estabilizadora trasera suelta

Sobreviraje a la salida de la curva • Problemas en el diferencial • Exceso de geometria anti-sentado • • El carro se cae sobre la rueda trasera externa • Exceso de camber negativo trasero • Falta de conver encia trasera dinamica • Falta de apoyo aerodinamico