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II

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

DESARROLLO DE UN PROTOTIPO DE CONTROL DE SUSPENSIÒN

ACTIVA

TESIS PREVIA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN

MECATRÓNICA

AUTOR:

BOLAÑOS REA JULIO ADRIAN

DIRECTOR:

ING. SIMÒN HIDALGO

QUITO – ECUADOR

2010

III

DECLARACIÒN

DEL CONTENIDO DEL PRESENTE TRABAJO SE RESPONSABILIZA EL

AUTOR.

____________________

NOMBRE: JULIO ADRIÀN BOLAÑOS REA

CI: 172057670-9

IV

Quito, DM 10 de Septiembre de 2010.

INGENIERO.

JORGE VITERI MOYA, MBA - Msc.

Decano de la Facultad de Ciencias de la Ingeniería.

Presente.

Certifico que la tesis “DESARROLLO DE UN PROTOTIPO DE CONTROL DE

SUSPENSIÓN ACTIVA.” desarrollada por el Señor BOLAÑOS REA JULIO

ADRIÁN, quien optará por el título de INGENIERO EN MECATRÓNICA, ha sido

concluida bajo mi dirección.

Este trabajo desarrollado por Señor Bolaños Julio, es destinado para la Facultad de

Ciencias de la Ingeniería, por lo tanto será destinado a uno de los talleres de la Facultad.

Atentamente.

Ing. Simón Hidalgo.

Director de Tesis.

V

AGRADECIMIENTO

En primer lugar agradezco a mis Padres por confiar en mí dándome su consejo y

ofreciéndome su apoyo incondicional siempre, a mis hermanos por ser los amigos

más fieles y sinceros, a mi familia que con su aliento hicieron que mi ánimo no

desfallezca y los amigos y compañeros que supieron extenderme su mano en

momentos difíciles y me acompañaron a cumplir mis metas.

A la Universidad Tecnológica Equinoccial por impulsar esta carrera con

profesionales éticos, morales y talentosos en el campo técnico, al Ing. Simón

Hidalgo por acoger mi proyecto de manera desinteresada y profesional, al apoye

técnico del Sr. Don. Juan Gonzàlez A. Gerente taller AUTO MAN.

Julio Adrián Bolaños Rea.

VI

DEDICATORIA

Dedico el presente trabajo a Dios porque solo en el he de confiar ya que si confió en

el confió en mí mismo y si confió en mí puedo hacerlo todo.

Julio Adrián Bolaños Rea.

VII

ÌNDICE GENERAL

CARÁTULA……………………………………………………………….… II

RESPONSABILIDAD DEL AUTOR……………………………………..... III

CARTA DEL DIRECTOR DE TESIS………………………………….….. IV

AGRADECIMIENTO…………………………………………….…………. V

DEDICATORIA……………………………………………………………… VI

ÍNDICE GENERAL……………………..…………………………………… VII

ÌNDICE DE CONTENIDOS……………………………………………….. VIII

ÍNDICE DE CUADROS……………………………………………………... XI

ÍNDICE DE DIAGRAMAS…………………………………………………. XII

ÌNDICE DE ECUACIONES………………………………………………… XII

ÍNDICE DE FIGURAS……………………………………………………… XIII

ÍNDICE DE FOTOS………………………………………………………… XIV

ÍNDICE DE IMÁGENES…………………………………………………… XV

RESUMEN………………………………………………………………….. XVII

SUMMARY…………………………………………………………………. XVIII

VIII

ÌNDICE DE CONTENIDOS

CAPÍTULO I

1. INTRODUCCIÓN……………………………………………….…………………1

1.1. ANTECEDENTES……………………………………….………....……4

1.2. SISTEMATIZACIÓN………………………………….………………...5

1.2.1. DIAGNÓSTICO…………………………………….……..….6

1.2.2. PRONÒSTICO………………………………………….……..8

1.2.3. CONTROL DEL PRONÓSTICO……………………….…….9

1.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA……………………….……….…9

1.4. OBJETIVOS………………………………………………….…….…..10

1.4.1. OBJETIVO GENERAL…………………………………..….10

1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS…………………………………10

1.5. JUSTIFICACIÓN………………………………………………………10

1.6. ALCANCE…………………………………………………………….11

1.7. FACTIBILIDAD……………………………………………………….12

1.7.1 FACTIBILIDAD TÉCNICA………………………….…..…12

1.7.2 FACTIBILIDAD ECONÓMICA…………………………..…..15

CAPÌTULO II

2. MARCO DE REFERENCIA…………………………………….……………..…19

2.1 MARCO TEÓRICO…………………………………….…………..……19

2.1.1. Suspensiones para eje rígido……………….…………….……22

IX

2.1.2. Suspensiones independientes……………….………………….22

2.1.2.1.Diseño de eje oscilante…………….……………….….24

2.1.2.2. Paralelogramo Deformable de Brazos Desiguales......24

2.1.2.3. Puntal McPherson………………………………..……25

2.1.2.4. Suspensión de Horquilla…………………………..….27

2.1.2.5. Suspensión de Tirantes………………………….……28

2.1.2.6. Suspensión de Brazo Tirante…………………..……..29

2.1.2.7. Suspensión de Brazos Semi-Tirantes………….….….29

2.1.2.8. Suspensiones Multibrazo o Multilink…………………30

2.1.3. Suspensión neumática……………………………………..…...35

2.1.4. Suspensión pilotada electrónicamente………………….……..41

2.1.4.1. Suspensión convencional pilotada…………….…….41

2.1.4.2. Suspensión convencional auto-nivelante pilotada…..44

2.1.4.3. Suspensión hidroneumática pilotada………….……..47

2.1.4.4. Suspensión neumática pilotada……………….……..49

2.1.5. Suspensión activa…………………………….………….…….55

2.1.5.1 Seguridad Activa……………………………..……….58

2.1.5.2. Sistema de suspensión activa o adaptativa…………66

CAPÌTULO III

3. METODOLOGÍA…………………………………………….…………………..72

X

3.1. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN…………………………72

3.2. METODOLOGÍA MECATRÒNICA…………………………….….......72

3.2.1. Análisis de requerimientos del proyecto………………...…..…72

3.2.2. Diseño de los componentes mecatrónicos del proyecto………87

3.2.2.1. Plano chasis frontal…………………………….……..88

3.2.2.2. Planos Sistema De Suspensión y Planos Amortiguado...88

3.2.3. Simulación y prototipo…………………………..………………93

CAPÌTULO IV

4. DESARROLLO DEL PRODUCTO MECATRÓNICO…………………………....99

4.1 CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO…………………………………...99

4.2. GUÍAS DE FUNCIONAMIENTO……………………………...………108

4.2.1 Manual de funcionamiento………………….…………………..108

4.2.2 Guía de mantenimiento…………………………………………110

4.2.3 Guía de mejoramiento…………………………………………..110

CAPÌTULO V

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………………….…..……112

5.1. CONCLUSIONES…………………………………...……………..………..112

5.2. RECOMENDACIONES………………………………………….…………113

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………….………………114

ANEXOS…………………………………………………………………………….117

XI

ÌNDICE DE CUADROS

CUADRO 1: Sistematización Pasiva De Suspensión………………………………..5

CUADRO 2: Sistematización Activa De Suspensión……………………......…........6

CUADRO 3: Componentes Mecánicos………………………………………..……..13

CUADRO 4: Sistemas De Electro Mecánica Y Electrónica………………….….….14

CUADRO 5: Costo Promedio Entrenador Suspensión Activa…………….…….….15

CUADRO 6: Costo Total Entrenador Y Equipos Adicionales………….……….….16

CUADRO 7: Comparativo Entrenador Prototipo…………………….………….….16

CUADRO 8: Factibilidad De Laboratorio………………………………………..….18

CUADRO 9: Cuadro Comparativo Suspensión Activa Vs. Suspensión Pasiva…...…74

CUADRO 10: Sistema Convencional De Suspensión Pasiva………………….…….76

CUADRO 11: Sistema Propuesto De Suspensión Activa ……………………………..77

CUADRO 12: Datos para la grafica de curva característica Citroën Xantia………82

CUADRO13.- Recorrido Máximo E Inclinación De Compensación Del Amortiguador

Respecto Al Giro Del Volante…………………………………………………….….85

XII

ÌNDICE DE DIAGRAMAS

Diagrama 1: Control Por Bloques……………………………………..……………..78

Diagrama 2: Lógica De Funcionamiento……………………………………………107

Diagrama 3: Secuencia De Encendido………………………………………..…….109

ÌNDICE DE ECUACIONES.

ECUACIÓN 1. Función De Transferencia Del Sistema Mecánico De Suspensión...76

XIII

ÌNDICE DE FIGURAS

Fig. 1: Ensamble principal del prototipo…………………………….…………...94

Fig. 2: Amortiguador en reposo………………………………………….……….95

Fig. 3: Amortiguador bajo presión……………………………………..…………96

Fig. 4: Amortiguador en expansión…………………………………..…………..96

Fig. 5: Ensamble del circuito plataforma ISIS………………………..…………97

XIV

ÌNDICE DE FOTOS

Foto. 1: Ensamble principal del prototipo……………………………………...…...99

Foto. 2: Ensamble del sistema de suspensión y sistema hidráulico……………..….100

Foto. 3: Ensamble del sistema de tracción…………………………………………101

Foto. 4: Sistema Sencillo Bomba Hidráulica Amortiguador…………………………101

Foto. 5: Sistema alivio para bomba hidráulica amortiguador……………....……..102

Foto. 6: Válvula De Alivio………………………………………………….…….…102

Foto. 7: Volante de PC. Empleado en el control como mando principal…..……..103

Foto. 8: Cableado interno del volante para la adquisición de señales…………....103

Foto. 9: Circuito De Control Y Fuente De Alimentación………………….………....104

Foto. 10: Placa LCD De Información Principal……….…………………………….105

Foto. 11: Brakers de encendido del prototipo………….……………………………105

Foto. 12: Electroválvula De Admisión O Escape………………………………...…106

XV

ÌNDICE DE IMÁGENES

Img. 1.- Trabajo del resorte………………….…………….……………………….19

Img. 2.- Trabajo del amortiguador……………………………………………….…20

Img. 3.- Gráficas de amortiguación………………...………………………………20

Img. 4.- Conjunto Horquilla…………………………………...…………………….21

Img. 5.- Suspensión de eje rígido………………………..………………………….22

Img. 6.- Ensamble suspensión independiente………………………………………23

Img. 7.- Suspensión independiente…………………………………………………23

Img.8.- Suspensión eje oscilante……………………………………………………24

Img.9.- Paralelogramo brazos desiguales……………..…………………………...25

Img.10.- Puntal McPherson………………………………….……………………..26

Img.11.- Despiece McPherson……………………………………………………..26

Img.12.- Suspensión de Horquilla……………………………….…………………27

Img.13.- Suspensión de Tirantes……………………………….…………………..28

Img.14.- Suspensión de Brazo Tirante…………………………………………….29

Img.15.- Suspensión de Brazos Semi-Tirantes………….…………………………30

Img.16.- Suspensiones Multibrazo o Multilink……………….………..…………..32

Img.17.- Montaje multibrazo………………………………………………………33

XVI

Img.18.- Montaje multibrazo completo…………………………..………………….33

Img.19.- Montaje multibrazo exclusivo Audi A6……………….……..…………….34

Img.20.- Montaje multibrazo trasera Audi Quattro…………………………………34

Img.21.- Ejemplo de funcionamiento sistema ABS…………………………………..60

Img.22.- Sistema de control de tracción…………………….……….……….………62

Img.23.- Acción del ESP ante subviraje y sobreviraje……….………………….…..67

Img.24.- Sistema de suspensión activa o adaptativa……….……………………..….67

Img.25.- Acción del sistema de suspensión activ………….………………….……...68

Img.26.- Componentes y funcionamiento del sistema de control de presión en los…69

Img.27.- Ilustración principio de Pascal…………………….………………………..70

Img.28.- Ilustración Sistema De Suspensión Pasivo Ideal………………………….75

Img.29.- Gráfica normal del sistema de suspensión Citroën Xantia………………..83

Img.30.- Ilustración zona intervención de aceite hidráulico……………………….84

Img.31.- Ilustración rampa de acelerador y reacción del sistema de suspensión en

función del tiempo……………………………………………………………….……85

Img.32.- Longitud del vástago de pistón en función de la inclinación……………86

Img.33.- Giro del volante en función de longitud de vástago……………………...86

XVII

RESUMEN

El presente trabajo es una recopilación de los sistemas de suspensión automotriz clásica

también conocidas como configuraciones mecánicas de suspensión pasivas. Partiendo

desde los primeros sistemas de suspensión hasta los más recientes empleados en el

mercado automotriz además al finalizar con las suspensiones de suspensión pasivas se

reseña una sección en la cual se muestra una nueva tecnología que se ha incorporado a

diferentes configuraciones pasivas. Esta tecnología se conoce como seguridad activa

que se compone de varios subsistemas de seguridad para la navegación automotriz los

mismos que están controlados electrónicamente para mejorar las condiciones de

navegación de los automóviles de hoy en día.

El sistema de suspensión activa forma parte del sistema global de seguridad activa ya

que ayuda a hacer más segura la conducción y disminuye dramáticamente la

probabilidad de volcarse en los virajes pronunciados y/o a alta velocidad.

Respecto al proyecto como tal, tanto la literatura como el diseño se enfocan a la parte

técnica y pedagógica ya que se propuesto para diferentes trabajos de laboratorio

mecánico automotriz, el cual podrá ser desarrollado bajo la tutela y explicación de un

guía técnico.

La sección usada para la propuesta del proyecto muestra los planos, circuitos y sistemas

aplicados a una configuración pasiva de brazos independientes modificada que será

controlada por un ECU diseñado para comandar amortiguadores de longitud variable

por presión hidráulica, los cuales varían su longitud de acuerdo a la inclinación y

aceleración y condiciones del camino que el sistema de suspensión y el vehículo en si

simulan como experiencia durante su funcionamiento de tal manera que ayuda a regular

el bandeo o bamboleo excesivo del vehículo

XVIII

SUMMARY

The present work is also a summary of the systems of classic self-driven

suspension well-known as passive mechanical configurations of suspension. Leaving

from the first suspension systems until the most recent employees in the self-driven

market also when concluding with the passive suspension suspensions a section it is

pointed out in which a new technology is shown that has incorporated to different

passive configurations. This technology is known as active security that is composed of

several subsystems of security for the self-driven sailing the same ones that are

controlled electronically to improve the conditions of sailing of today's automobiles in

day.

The system of active suspension is part of the global system of active security since help

to make sure the conduction and it diminishes the probability dramatically of being

overturned in the marked turn and/or to high speed.

Regarding the project like such, as much the literature as the design are focused since to

the technical and pedagogic part you proposed for different works of self-driven

mechanical laboratory, which will be able to be developed under it guides her and a

technical guide's explanation.

The section used for the proposal of the project shows the planes, circuits and systems

applied to a modified passive configuration of independent arms that it will be

controlled by an ECU designed to command shocks of variable longitude for hydraulic

pressure, which vary its longitude according to the inclination and acceleration and

conditions of the road that the suspension system and the vehicle in if they simulate as

experience during its operation in such a way that he/she helps to regulate the I cross or

XIX

Excessive swaying of the vehicle

__________________

Ing. Simón Hidalgo.

Director de Tesis.

1

CAPÍTULO I

1. INTRODUCCIÓN

En los inicios de la era automotriz una preocupación de los fabricantes de carruajes fue

tratar de hacer más cómodos los vehículos. Los caminos empedrados eran una molestia

para los ocupantes de los antiguos coches halados por un animal, ya que cada bache o

piedra que las ruedas pasaran se sentía como un golpe para el ocupante, en el punto de

apoyo, es decir donde se sentaban los pasajeros, y se asimilaba en la misma magnitud

de fuerza.

Se hicieron varios intentos para reducir esos impactos, acolchando los asientos o

poniendo unos resortes en el pescante o asiento del cochero, de inicio funciono pero el

problema aún no se resolvía hasta que alguien tuvo la idea de colgar la cabina del

carruaje, con unas correas de cuero, desde unos soportes de metal poco acerado que

venían desde los ejes de modo que quedaba suspendida y ajustada por cuatro soportes y

cuatro correas. El resultado fue que aunque los golpes del movimiento eran

parcialmente absorbidos por este sistema resultó que también era una mecedora pues se

batía sin control, añadiendo al confort conseguido un estado de mareo para los

pasajeros. Sin embargo, podemos decir que desde ahí nació el concepto de suspensión

que es como un medio elástico que además de sostener la carrocería asimila las

irregularidades del camino.

De acuerdo al paso tiempo y la tecnología las suspensiones evolucionaron y fueron

haciéndose más eficientes, las ruedas disminuyeron su tamaño. Esto porque las ruedas

de gran diámetro reducían el efecto de las irregularidades del camino; las ruedas

2

pequeñas las registraban más debido a que entraban en los hoyos en mayor tamaño y

proporción.

Con el desarrollo del motor de combustión interna aplicado a los vehículos, las ruedas

también evolucionaron, de la rueda de rayos o radios pasaron al de metal estampado y al

de aleaciones ligeras; de la llanta de hierro a la de hule o caucho macizo, después al

neumático de cuerdas o tiras diagonales y finalmente al radial.

Hoy en día una suspensión actual de tipo convencional cuenta básicamente con dos

elementos: un resorte o muelle helicoidal y un amortiguador. El resorte tiene como

función principal absorber las irregularidades del camino para que no se transmitan a la

carrocería. El amortiguador en cambio tiene la función de controlar las oscilaciones y

vibraciones de la carrocería. Con esta combinación de elementos se logra una marcha

cómoda, segura y estable, acorde con los requerimientos de los automóviles, el

consumidor y los caminos actuales.

Desde sus inicios el automovilismo y el desarrollo automotriz han dado pasos

importantes en lo que a seguridad y confort se refiere es por eso que con el nacimiento

de los automóviles de uso domestico y profesional también nacen las necesidades de

usuario y fabricante, cuando Henry Ford construyó la gran planta River Rouge para la

fabricación de automóviles. Sus trabajadores en la cadena de montaje produjeron

millones de tractores y coches modelo T durante la década de 1920. De tal manera que

con la llegada de Ford T al mercado se inicio con el tratamiento de seguridad y confort

automotriz no solo por parte de Ford sino también la oleada de diseños arrojados por

parte de las demás casas automotrices consolidadas para entonces.

La historia del automóvil como tal es extensa ya que no solo abarca con el diseño de

máquinas más potentes y de mayor desempeño sino que han pretendido llenar las

3

expectativas del consumidor brindando mayor comodidad y seguridad. Es por esa razón

que la industria automotriz de hoy no es la que se basa en desarrollo de motores de

combustión interna según los diseños de Otto más bien es el acoplamiento de

tecnologías cada vez mas nuevas pasando por sistemas temporizados, inyección

electrónica, cajas automáticas, bolsas de aire, tableros inteligentes, suspensión activa y

demás. Que son aditamentos que vuelven a un motor y al auto en si un elemento muy

versátil y multifuncional.

Las configuraciones del un auto antiguo o clásico se desapegan mucho con las resientes

tecnificaciones de los autos modernos o actuales, dentro del contexto de seguridad,

confort, espacio, funcionalidad y tecnología.

Está claro que las palabras clave son tecnología, confort y seguridad en lo que autos se

refiere además del precio accesible que esto implique para el consumidor.

Mientras un auto sea seguro, cómodo y tecnológicamente bien equipado podemos tener

la certeza que no solo causara sensación sino que hará que el usuario se sienta tranquilo

y preparado para la conducción.

El desarrollo de autos seguros se ha ido masificando de a poco ya que a mayor cantidad

de autos potentes también mayor el riesgo de conducción, cuando las velocidades y

capacidades de desempeño son mayores la eficiencia en el control del auto debe ser de

igual manera alta, a este parámetro se lo llama equidad de desempeño y control.

La seguridad automotriz como bien se ha dicho se desarrolla de tal manera que los autos

cada vez son más potentes y seguros en los sistemas de control de frenado, estabilidad,

seguridad a bordo y otros son sistemas comunes en los automóviles de hoy, la

tecnología por su parte ha ayudado en la creación de estos sistemas ya que mediante

componentes activos e inteligentes se puede monitorear las condiciones del auto, sus

4

fallas y posibles soluciones. Así como también permite al auto en si actuar de acuerdo

con las necesidades instantáneas de usuario durante la conducción reduciendo de esta

manera el riesgo de conducción y aumentando el confort de los ocupantes.

1.1. ANTECEDENTES

Los sistemas de seguridad automotriz se definen como anexos indispensables para la

conducción de un automóvil, la seguridad activa se destaca por ser el complemento

perfecto de la potencia y tecnología del auto de tal manera que dan confort y confianza.

El sistema de suspensión activa es un sistema indispensable para la conducción ya que

brinda un grado de seguridad alto y permite aumentar no solo la seguridad sino también

la comodidad de los ocupantes reduciendo los niveles de riesgo al conducir.

Tradicionalmente el tipo de suspensión que se monta en los vehículos es la suspensión

pasiva.

A grandes rasgos consiste en un sistema de muelle-amortiguador que trata de absorber

las irregularidades del terreno. Ahora bien, este tipo de suspensión no alcanza un

resultado suficientemente satisfactorio o preciso. Esto se debe a que, así como a nivel de

confort de los pasajeros una suspensión blanda es la idónea, no lo es tanto a nivel de

seguridad ya que se produce un balanceo excesivo en curvas y se favorece el cabeceo

durante la frenada. Esto puede resultar peligroso para la seguridad de los pasajeros.

La solución a esta falta de seguridad pasaría por la utilización de una suspensión más

rígida, que controlaría mucho mejor el balanceo en curva y el cabeceo, pero que,

disminuiría en gran manera el confort de los pasajeros.

5

Este problema se resuelve parcialmente por un sistema de suspensión que permita

conseguir una solución de compromiso aceptable entre la seguridad y el confort en la

conducción.

1.2. SISTEMATIZACIÓN.

CUADRO 1: SISTEMATIZACION PASIVA DE SUSPENSION

Fuente: Automan

Elaborado por: J. Adrián Bolaños R.

En relación al cuadro anterior que representa el control mecánico en un sistema de

suspensión convencional o de la suspensión pasiva tradicional, a continuación en el

siguiente cuadro se presenta la función determinada para un control de suspensión

activa que se presenta de acuerdo a las experiencias determinadas por el autor.

Es por esa razón que se han reducido el número de salidas controles y mecanismos

sintetizando el cuadro de manera general.

Sistema pasivo de suspensión

Control Estabilidad del auto

Entrada Irregularidades del camino

Mecanismos 1 Sistema mecánico de amortiguación 2 Chasis o compacto pasivo

Salida Estabilidad

media relacionada al

control mecánico de suspensión

6

CUADRO 2: SISTEMATIZACIÒN ACTIVA DE SUSPENSIÒN

Fuente: Automan


1.2.1. DIAGNÓSTICO.

En los diferentes sistemas de suspensión y sus variadas configuraciones se puede

observar que en el momento del manejo el control solo depende del sistema mecánico y

de la destreza del conductor sin embargo la estabilidad de los diferentes sistemas de

suspensión se ve afecta en los cambios bruscos o giros inesperados del vehículo.

Las configuraciones y disposición de los vehículos que se conocen no siempre es segura

y más bien algunas configuraciones tienen problemas de estabilidad en su construcción.

El progreso de la tecnología en todas las áreas de la ciencia y la técnica han permitido

no solo desarrollar maquinas más poderosas sino también controles más seguros y

Sistema activo de suspensión Entrada Irregularidades del camino

Mecanismos 1 Sistema automático de amortiguación 2 Chasis o compacto activo 3 Sistema controlado desde central de

procesamiento (cerebro del auto). 4 Sensores constantes

Salida 1. Aumento de

estabilidad. 2. Control de

conducción. 3. Seguridad

activa.

Control 1 Estabilidad del auto. 2 Seguridad de conducción 3 Confort total.

7

prácticos para que estas maquinas puedan ser controladas por el usuario de tal manera

que su trabajo sea más sencillo de monitorear.

Los sistemas de suspensión que se emplean en la actualidad cuentan con dispositivos

que forman parte del sistema general de seguridad activa que funcionan en principio con

sensores que permiten identificar en qué circunstancias se encuentra en el momento de

sondeo el automóvil y actuadores que corrigen las diferentes fallas que se puedan

presentar en los subsistemas de seguridad activa.

Análisis (FODA) Fortalezas, Oportunidades, Debilidades y Amenazas

Al aplicar la herramienta (FODA) entenderemos la necesidad de implementar el

prototipo de suspensión activa para el desarrollo de habilidades técnicas.

FORTALEZAS

El prototipo de suspensión activa es una herramienta de aprendizaje que en las

instituciones educativas técnicas y universidades del Ecuador no se halla.

Sin embargo las casas automotrices en el país venden entrenadores para técnicos de sus

concesionarios y talleres bajo pedido y además del costo de este que ya de por si es

elevado se debe obtener un escáner automotriz de la marca que es un costo adicional a

este para realizar los diferentes laboratorios y diagnósticos que se permite de acuerdo a

las funciones del entrenador

OPORTUNIDADES

El establecer un prototipo de suspensión activa que se ajuste a las necesidades

específicas de un proceso de aprendizaje básico, brinda la capacidad de automatizar,

modificar o adaptar dicho sistema en su totalidad a un sistema pasivo.

8

DEBILIDADES

En el mercado existen laboratorios de entrenamiento completos que se distribuyen a los

laboratorios de capacitación técnica de las casas automotrices como es el caso de

Jaguar, Ford, Porsche, Chevrolet, Toyota, Mazda, Fiat, entre otras, que se ajusta a las

necesidades de la demanda industrial a precios accesibles para grandes empresas. La

construcción de un prototipo de suspensión activa implica la construcción del producto

completo es decir un prototipo en bancada de suspensión destinado para cualquier fin

necesario, cuyo presupuesto sobrepasa el índice de competencia establecido por el

mercado.

AMENAZAS

El desarrollo de tecnología en países desarrollados es la principal amenaza del producto

ya que los empresarios desconfían de la calidad de nuestro producto y prefieren

importar un producto extranjero.

Otro factor que influye y amenaza a los proyectos es el poco interés de los técnicos por

expandir su conocimiento en cuanto a tecnología de estudio se refiere.

1.2.2. PRONÒSTICO.

En el mundo modernizado en que vivimos la técnica y la tecnología avanzan mientras

crecen y el desarrollo de nuevas maquinas automotrices sigue en expansión mientras

que nosotros solo los recibimos. Si los modelos de suspensión presentes en el campo

automotriz hoy en día no son estudiados, analizados y manejados por nuestros

profesionales, técnicos y conductores la problemática de los sistemas activos y su

mantenimiento en cuanto a suspensión se seguirán viendo como complejos y la

9

recepción de nuevas tecnologías será abrupta e inesperada por el poco conocimiento de

las mismas.

1.2.3. CONTROL DEL PRONÓSTICO.

Al implementar un prototipo de control de suspensión activa se podrá generar no solo

un campo de aprendizaje y comprensión sino que también se ayudara a que los

próximos profesionales del área estén capacitados para afrontar los nuevos retos

tecnológicos como lo son las actualizaciones automotrices.

1.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.

La ineficiencia de los autos al curvar o cambiar de dirección de manera regular o brusca

a altas velocidades es básicamente el foco del estudio ya que estos tienen un sistema de

suspensión que tiende a desestabilizarse en su configuración principal.

Desde su origen y hasta finales del siglo XIX, los automóviles han cambiado y

evolucionado en respuesta a los deseos de los consumidores, las condiciones

económicas y las nuevas tecnologías de tal manera que han generado mejores

estructuras en su configuración de suspensión y diseño.

A comienzos del siglo XXI, los automóviles se enfrentan a dos desafíos fundamentales:

Por un lado, aumentar la seguridad de los ocupantes para reducir así el número de

víctimas de los accidentes de tránsito, ya que en los países industrializados y no

desarrollados estos constituyen una de las primeras causas de mortalidad en la

población en general según técnicos de GM GENERAL MOTORS, SAAB, Mercedes-

Benz y Porsche; por otro lado, aumentar la eficiencia y confort de los automotores para

generar que los mercados potenciales se acojan en ellos.

10

Por último contar con técnicos e ingenieros capacitados en todos los sectores de

distribución para que los autos entregados tengan asesoría y mano de obra calificada.

1.4. OBJETIVOS

1.4.1. OBJETIVO GENERAL

Modelar un prototipo de suspensión activa que permita la práctica de banco real, el

análisis y estudio de estabilidad de un sistema activo para entender sus ventajas sobre el

sistema mecánico convencional.

1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

1. Desarrollar una estructura que permita el montaje de un sistema de

suspensión activa con base electrohidráulica.

2. Implementar el prototipo de suspensión activa controlado desde la ECU o

unidad de control.

3. Diseñar una ECU o unidad de control propia para el diseño mecánico de

suspensión activa.

4. Adecuar el prototipo de suspensión de manera didáctica para poder

realizar laboratorios de banco.

1.5. JUSTIFICACIÓN.

En nuestro país y el resto del mundo disminuir las causas de accidentes

automovilísticos, reducir los riesgos para conductor y los pasajeros incrementando la

11

seguridad del vehículo en el mercado automotriz es una de las razones para ofrecer este

proyecto además que las técnicas relacionadas con la mecánica en el país solo se han

limitado a estudiar los diferentes tipos de configuraciones de los sistemas de suspensión

mecánico mas no los diferentes sistemas de suspensión activa y otras tecnologías que el

mercado de hoy oferta y distribuye en los modelos automotrices actuales el rededor del

mundo.

En el patrón comercial didáctico los entrenadores para el área de mecánica automotriz

solo se ofertan bajo pedido y tienen costos elevados además se emplean y fabrican

exclusivamente en las casas automotrices de prueba.

En nuestro país es necesario que se obtengan y desarrollen entrenadores básicos tanto

de motores, electrónica automotriz, suspensión activa, etc. Para el desarrollo integral de

los futuros profesionales ya que la tecnología avanza y el talento de nuestros técnicos se

desperdicia.

1.6. ALCANCE

El proyecto tiene como fin obtener un prototipo de control de suspensión activa que

pueda implementarse en un laboratorio de prácticas automotrices y tenga las siguientes

características:

1. Un subsistema simulado de sensoreo encargado de distribuir las variables

a un procesador (ECU).

2. Prototipo electro hidráulico de suspensión comandado y controlado por el

procesador (ECU).

12

3. Un control lógico captador de señales de entrada y ordenador para las

acciones de salida programado en el procesador (ECU) que comande los

actuadores del prototipo electro hidráulico y así cerrar el ciclo para que se

cumpla con el algoritmo de control requerido para la compensación de la

estabilidad del sistema de suspensión.

1.7. FACTIBILIDAD

A continuación se mostrara la factibilidad técnica y económica que este proyecto tiene

además estos análisis nos harán comprender la funcionalidad del prototipo de

suspensión activa.

1.7.1 FACTIBILIDAD TÉCNICA

Como se describió anteriormente el costo de los entrenadores de campo de los sistemas

de suspensión activa es de costos elevados ya que se tiene que adquirir instrumental

adicional al equipo para poder realizar las diferentes prácticas de laboratorio, de tal

manera que su compra se realiza solo bajo pedido y mediante casas automotrices de

acuerdo con la necesidad de investigación, de tal manera que la factibilidad técnica se

muestra en el siguiente cuadro tomando en cuenta antes que se saco un promedio tanto

de costos y características técnicas importantes tanto del prototipo como del entrenador

especial de esta manera se podrá asimilar un modelo estándar de prototipo así como del

entrenador.

13

CUADRO 3: COMPONENTES MECÀNICOS

Fuente: Ing. Fernando Robalino, DFM motors.


PROTOTIPO

ACTIVE

SUSPENTION

ENTRENADOR

ACTIVE

SUSPENTION

COMPACTO

Es adaptable a bases

automotrices básicas

como compactos de

automóviles simples

Solo se puede

ensamblar en sistemas

de entrenamiento de la

marca fabricante

SISTEMA

SUSPENSORIO

Se puede adaptar a

refacciones de marcas

alternativas pasivas

Tiene algunos

componentes únicos e no

intercambiables dentro de

su configuración

MONTAGE Y

PUESTA EN

MARCHA

Es básico y acorde al

concepto de diseño

automotriz

Necesita de supervisión

para su ensamblaje y

depende únicamente de

la configuración central

de fabricación.

14

CUADRO 4: SISTEMAS DE ELECTRO MECÁNICA Y ELECTRÒNICA

PROTOTIPO

ACTIVE SUSPENTION

ENTRENADOR

ACTIVE SUSPENTION

AMORTIGUADOR

ACTIVE

SUSPENTION

Posee un sistema de

control estándar que

facilita su trabajo además

es fácil de encontrar en

nuestro mercado

Se caracteriza por tener

cualidades eléctricas base

llamadas magneto-

reològicas

SISTEMA LOGICO DE

REACCIÓN

Esta provisto de sensores y

actuadores de rápida

respuesta simulados

Tiene componentes de alta

sensibilidad que forman

parte del actuador principal

COMUNICA_

CIÓN CON

LA ECU O

UNIDAD DE

CONTROL

Se comunica a través de una

interface previamente

programada que permite

entrar en el microcontrolador

de manera rápida y eficiente.

Se comunica a través de una

mini red LAN interna que

interactúa con los todos los

sistemas del automóvil.



15

1.7.2. FACTIBILIDAD ECONÓMICA.

La factibilidad económica del prototipo de suspensión activa se determinara bajo un

análisis de costo beneficio y de acuerdo a tres aspectos.

Costo

Tiempo

Funcionalidad de laboratorio

Costo

Partiendo del siguiente cuadro se marco un promedio sobre el costo de los entrenadores

de suspensión activa y asistida electrónicamente, para lo cual se tomaron marcas de

diferentes gamas automotrices y de esta manera generalizar su valor así.

CUADRO 5: COSTO PROMEDIO ENTRENADOR SUSPENSIÓN ACTIVA.

Marca entrenador

costo suspensión

completa

VALOR USD

Porsche 18.000,00

BMW 10.000,00

Citroën serie activa 8.000,00

Chevrolet suspensión asistida 6.500,00

TOTAL 42.500,00

COSTO PROMEDIO 10.625,00

Fuente: almacenes autorizados de marcas mencionadas.


16

Adicional a esto la institución debe adquirir un escáner automotriz para el laboratorio

que permita recoger las lecturas del entrenador para determinar las fallas simuladas en

el mismo.

Como fuente para el costo del escáner se obtuvo la asesoría técnica del Ing. Jorge

Martínez C. que a su vez es Distribuidor exclusivo CARMAN SCAN para Ecuador y

se obtuvo el costo del CARMAN VGplus que es de 5.000,00 USD.

Eso quiere decir que el costo del equipo de laboratorio en promedio es de:

CUADRO 6: COSTO TOTAL ENTRENADOR Y EQUIPOS ADICIONALES.

Entrenador

valor USD

Escáner

Valor USD

TOTAL

USD

10.625,00 5.000,00 15.625,00

Fuente: Ing. Jorge Martínez C.


En relación al proyecto de Prototipo de control de suspensión activa que tiene un costo

final de 5.655,00 USD.

CUADRO 7: COMPARATIVO ENTRENADOR PROTOTIPO.

Prototipo

completo

Vs.

Entrenador

completo

5.655,00

USD

15,625,00

USD

Fuente: J. Adrián Bolaños R.


Para el cuadro anterior y como refuerzo Revisar Anexo 1: Presupuesto General

Mediante este análisis se puede decir que el costo del Entrenador es 2.76 veces

mayor al del Prototipo y es factible económicamente.

17

Tiempo

Respecto al beneficio tiempo partiremos de que el sistema de suspensión activa de

entrenamiento no tiene los sistemas listos en stock dentro del país como

amortiguadores, sensores, actuadores, etc. Que se encuentran en sistemas Magneto-

geológicos, electro-hidráulicos o de altura variable controlada. Y se necesita hacer un

pedido a una casa comercial del extranjero tanto para la suspensión entrenador como

para sus refacciones en caso de un eventual mantenimiento, a diferencia del Prototipo

que cuenta con los repuestos necesarios dentro del país y se los puede conseguir en las

casas comerciales de las marcas implicadas en su diseño como lo son Citroën, Fiat,

Austin y Toyota. Además son susceptibles a ajustes de diseño de acuerdo a la

necesidad del prototipo.

Por otra parte el retiro de equipos de la aduana dura entre 3 y 6 meses y necesita del

pago de aranceles para este trámite de acuerdo al tipo de suspensión solicitada, en este

tiempo los equipos están en desuso y el valor de su inversión queda en stand by que

quiere decir que no se aprovecha del producto ni se puede explotar el mismo para la

recuperación de la inversión realizada durante la compra del entrenador, mientras que

la compra del proyecto implica un tiempo de desarrollo de 2 meses entre ensamblaje,

ajustes y calibración. Que nos deja con una diferencia de tiempo que oscila entre 1 y 4

meses. Además la mano de obra para la mayoría de entrenadores en su eventual

mantenimiento tiene que ser calificada eso quiere decir que en su defecto el tiempo de

desuso durante el mantenimiento será mayor en el Entrenador ya que para el Prototipo

de control de suspensión activa se requiere únicamente de un técnico en mecánica y

tiene asesoría del diseñador del prototipo dentro del país.

18

Funcionalidad de laboratorio.

Este parámetro lo revisaremos en base a un cuadro comparativo Entrenadores vs.

Prototipo de acuerdo con las tareas o laboratorios posibles en cada uno de ellos

ponderando su rendimiento.

Como se puede apreciar en el siguiente cuadro el rendimiento de entrenador y prototipo

dentro del laboratorio va a la par sin embargo se ha podido determinar que la inversión

realizada en tiempo y costo es mejor en el Prototipo por esta razón se concluye que el

Prototipo de control de suspensión activa es viable y aplicable a la práctica de

laboratorio.

CUADRO 8: FACTIBILIDAD DE LABORATORIO.

LABORATORIO o PRACTICA ENTRENADOR PROTOTIPO

Mecánica X X

Mediciones X X

Calibraciones X X

Física X X

Electrónica automotriz X X

Hidráulica automotriz X X

Diseño automotriz X X

Uso de herramientas y materiales X X

Simulación de trabajo X X

TOTAL 10/10 10/10



19

CAPÌTULO II

2. MARCO DE REFERENCIA.

2.1 MARCO TEÓRICO.

La suspensión como tal siempre contara con elementos de similares para el

funcionamiento de la misma. Los elementos que principalmente se encuentran en el

sistema de suspensión son un resorte o muelle helicoidal y un amortiguador. El

resorte tiene como función principal absorber las irregularidades del camino para

que no se transmitan a la carrocería El amortiguador a su vez, tiene la función de

controlar las oscilaciones de la carrocería Con esta combinación de elementos se

logra una marcha cómoda, segura y estable, acorde con los requerimientos de los

automóviles y los caminos actuales como se muestra en la figura.

Obviamente, los componentes mencionados no trabajan solos, ya que se encuentran

integrados en conjuntos mecánicos que funcionan como un equipo y que juntos

constituyen el sistema llamado suspensión.

Img. 1.- Trabajo del resorte

RESORTE Y GRAFICA DE TRABAJO

Fuente: Fundación Universidad de Atacama

Unidad Técnico Pedagógica Profesor: Sr. Jorge Hernández Valencia

Tipos de suspensión.


20

Img. 2.- Trabajo del amortiguador

AMORTIGUADOR Y GRAFICA DE TRABAJO





Img. 3.- Graficas de amortiguación

OSCILACIONES DE LA SUSPENSION SIN AMORTIGUADOR

OSCILACIONES DE LS SUSPENSION CON AMORTIGUADOR





21

Otros elementos de la suspensión, como las horquillas, ayudan en combinación con

cojinetes de metal-goma en el trabajo de proporcionar buena calidad de trabajo. En la

siguiente figura se observara una horquilla normal. Los ángulos de los soportes, el tipo

de los cojinetes y la estructura de la pieza cumplen funciones más complejas que la de

soportar la rueda.

Img. 4.- Conjunto Horquilla





Sin embargo no solo existe este tipo se sistema de suspensión ya que existen

diseños anteriores a este y es por eso que empezaremos viendo los diferentes tipos

de sistemas de suspensión para un mejor desarrollo del conocimiento general en

cuanto a suspensión se refiere.

Las suspensiones pueden clasificarse en dos tipos: no independientes e

independientes.

22

2.1.1. Suspensiones para eje rígido

Las suspensiones pueden clasificarse en dos tipos: no independientes e independientes.

El diseño no independiente es en el que las ruedas delanteras o traseras están montadas

en el mismo eje como se muestra en la imagen.

Img. 5.- Suspensión de eje rígido

Fuente: Universidad de Atacama




Este eje sólido de viga da resistencia pero sacrifica la calidad de manejo del vehículo.

Además puede afectar la tracción neumática, cuando un neumático pasa sobre un bache,

debido también mayor peso no suspendido.

En la actualidad este diseño solamente se usa en sistemas de propulsión en las ruedas

traseras

2.1.2. Suspensiones independientes.

Los diseños de suspensión independiente utilizan piezas separadas de suspensión en

cada una de las ruedas, como se muestra en las siguientes imágenes.

23

Img. 6.- Ensamble suspensión independiente.

Fuente: www.google.com imágenes suspensión independiente.


Img. 7.- Suspensión independiente

Fuente: Chasis (Suspensión, ruedas neumáticos, eje cardan, etc.).Pdf-adobe Reader.


La acción de una rueda tiene poco o ningún efecto en su "compañera" al pasar sobre

una, irregularidad en el camino. Este diseño es el tipo principal de suspensión delantera

24

en vehículos y camionetas hoy día. Muchos vehículos de tracción delantera también

tienen suspensión trasera independiente.

Las suspensiones delanteras independientes pueden clasificarse en tres categorías

básicas de diseño que se mostraran a continuación en la siguiente reseña.

2.1.2.1. Diseño de eje oscilante

Popularmente conocido como "viga doble", es el tipo más sencillo de suspensión

independiente donde se utiliza un tirante longitudinal para evitar la torsión del eje y su

desplazamiento en el plano horizontal.

Img.8.- Suspensión eje oscilante

Fuente: http://www.automecanico.com/auto2028/suspenc12.jpg


2.1.2.2. Paralelogramo Deformable de Brazos Desiguales.

En este diseño el uso de un brazo superior corto y un brazo inferior más largo, montados

en posición paralela, permite que la rueda se mueva verticalmente sin variar la

inclinación del neumático entre los neumáticos delanteros, cambiando solamente la

efecto del neumático. Como se observa en la imagen.

25

Img.9.- Paralelogramo brazos desiguales.

Fuente: http://www.problemsolver.com.


2.1.2.3. Puntal McPherson

Consiste de un pivote de dirección y mangueta en un amortiguador grande con un

muelle helicoidal concéntrico que casi siempre es montado alrededor del amortiguador.

El puntal funciona como el brazo de control superior. El brazo inferior se conecta a la

rótula para facilitar la dirección. El resorte también puede estar montado en forma

paralela al puntal en vez alrededor como se nota en la imagen.

Además diferentes tipos de suspensión independiente incluyen el tipo de horquilla, el

tipo tirante, el tipo de brazo tirante y el tipo de brazo Semi-tirante ya que para diferentes

configuraciones son ideales y para otras no por ejemplo no es igual el trabajo que una

suspensión de camioneta realiza que el de un automóvil compacto.

26

Img.10.- Puntal McPherson.

Fuente: Conocimientos Básicos del Automóvil Por: Edgar Mayz Acosta


Img.11.- Despiece McPherson



27

2.1.2.4. Suspensión de Horquilla

Este tipo de suspensión consiste de dos brazos, uno superior e inferior, los cuales

soportan los neumáticos, y un muñón para suspensión delantera y un eje portador

para suspensión trasera que une los brazos en conjunto. Las características de

suspensión se determinan por la longitud de los brazos superior e inferior y sus

ángulos de instalación, permitiendo así una gran cantidad de libertad en este diseño de

suspensión dándole un mayor movimiento en cuanto a altitud de recorrido se refiere.

Img.12.- Suspensión de Horquilla



28

2.1.2.5. Suspensión de Tirantes

En este tipo de suspensión los amortiguadores son parte de los brazos que soportan los

neumáticos, haciendo que el espacio entre el punto de apoyo izquierdo y derecho sea

más grande y los cambios en el ángulo montante de los neumáticos debido a sacudidas y

baches en pista y se minimiza. Este tipo de suspensión es utilizado principalmente para

la suspensión delantera de carros para transporte de pasajeros de tamaño mediano.

Cuando es usado para la suspensión posterior, los brazos son de doble articulación

fijados y montados en paralelo en cada lado de la dirección en la carrocería. Este tipo de

suspensión es usado a menudo en vehículos FF.

Img.13.- Suspensión de Tirantes



29

2.1.2.6. Suspensión de Brazo Tirante

Con este tipo de suspensión, los puntos de apoyo de los brazos que soportan a los

neumáticos son montados en ángulos rectos en la dirección longitudinal de la carrocería.

Img.14.- Suspensión de Brazo Tirante



2.1.2.7. Suspensión de Brazos Semi-Tirantes

Este tipo de suspensión se parece al tipo de brazos tirantes, pero los puntos de apoyo

son montados inclinándolos con respecto a la dirección longitudinal de la carrocería de

tal manera que entre sus ejes de sujeción se forma un ángulo apropiado para un

funcionamiento correcto de la suspensión obteniéndose de esta manera un alta calidad

de amortiguación cuando se inicia el trabajo motriz.

30

Img.15.- Suspensión de Brazos Semi-Tirantes



2.1.2.8. Suspensiones Multibrazo o Multilink

Las suspensiones multibrazo se basan en el mismo concepto básico que las mostradas

anteriormente, las suspensiones de paralelogramo deformable, es decir que el

paralelogramo está formado por los dos brazos transversales, el extremo de eje de

dirección de la rueda y el propio bastidor. La principal diferencia que aportan estas

nuevas suspensiones es que los elementos guía de la suspensión multibrazo pueden

tener anclajes elásticos mediante manguitos o esferas de goma conocidos como

pulmones de caucho. Gracias a esta variante las suspensiones multibrazo permiten

modificar tanto los parámetros fundamentales de la rueda, como la caída o la

convergencia de la misma, y es muy apropiada respeto a la estabilidad en las distintas

situaciones al usar el automóvil. Esto quiere decir que las dinámicas longitudinal y

31

transversal pueden configurarse de forma precisa y prácticamente independiente entre

sí, y que puede alcanzar un grado máximo de estabilidad direccional y comodidad.

A principios de los noventa se comenzó a instalar estos sistemas multibrazo en

automóviles de serie y a dado buenos resultados aunque había reticencias para los ejes

no móviles. Las berlinas adoptan este sistema en uno de los trenes o en ambos. Para que

una suspensión se considere multibrazo debe estar formada al menos por tres brazos.

Las suspensiones multibrazo se clasifica en dos grupos fundamentales:

Suspensiones multibrazo con elementos de guía transversales u oblicuos

con que funcionan de manera similar al de las suspensiones de paralelogramo

deformable.

Suspensiones multibrazo que además disponen de brazos de guía

longitudinal con un funcionamiento que se parece a los sistemas de suspensión

de ruedas tiradas por brazos longitudinales.

Como se especifica en el catalogo de ensamble mecanicavirtual.org trabajo de

suspensión doc. :

En la figura inferior se muestra en la parte izquierda un sistema multibrazo delantero y

en la derecha uno trasero del tipo paralelogramo deformable con tres brazos. La

suspensión delantera consta de un brazo superior (1) que va unido a una mangueta (2)

larga y curvada mediante un buje de articulación (A) y un brazo inferior transversal (3)

que va unido a la mangueta por una rótula doble (B) y al bastidor por un casquillo (C)

que aísla de las vibraciones. Cierra el paralelogramo deformable el propio bastidor

como en cualquier suspensión de este tipo de configuración.

32

Esta suspensión dispone además de un tercer brazo (4) que hace de tirante longitudinal y

que está unido al bastidor y mangueta de la misma forma que el brazo inferior

transversal (3). La gran altura de la prolongación de la mangueta consigue una

disminución de los cambios de convergencia de la rueda y un ángulo de avance

negativo.

Img.16.- Suspensiones Multibrazo o Multilink

Fuente: http://www.mecanicavirtual.org/suspension3.htm


La suspensión trasera (figura inferior) consta de un brazo superior (1) con forma de

triángulo como la delantera, pero dispone de dos brazos transversales, superior (2) e

inferior (3) y un tirante longitudinal inferior (4). Las articulaciones son similares al

modelo de suspensión delantera diseñadas en este tipo de configuración.

Ambos sistemas poseen como elementos elásticos muelles helicoidales y

33

amortiguadores telescópicos (5) y también barra estabilizadora. Observar que en la

disposición delantera el amortiguador va anclado a la barra inferior transversal (3)

mediante una horquilla.

Img.17.- Montaje multibrazo.



Img.18.- Montaje multibrazo completo.



34

Img.19.- Montaje multibrazo exclusivo Audi A6



Img.20.- Montaje multibrazo trasera Audi Quattro.



35

2.1.3. Suspensión neumática.

Esta suspensión se basa en el mismo principio de la suspensión convencional o

hidroneumática pasiva, Consiste en intercalar entre el bastidor y el eje de las ruedas o

los brazos de suspensión un resorte neumático.

El resorte neumático está formado por una estructura de caucho o goma sintética

reforzada con fibra de nailon que forma un cojín o balón vacío en su interior. Por abajo

está unido a un émbolo unido sobre el eje o brazos de suspensión. Por encima, va

cerrado por una placa unida al bastidor lo que permite su acción y posterior

funcionamiento.

En su funcionamiento Cuando una rueda sube o baja debido a la irregularidad del firme,

la variación de volumen provoca una variación de presión en el interior del resorte, que

le obliga a recuperar su posición inicial después de pasar el obstáculo. La fuerza de

reacción está en función del desplazamiento del émbolo y de la presión interna de aire

ya que se usa como fluido en lugar del aceite.

Este sistema necesita de una fuente de aire comprimido. Solamente puede ser utilizado

en vehículos dotados con frenos de aire comprimido, aprovechando la instalación.

Este sistema consta de dos partes como lo son:

Parte mecánica de la suspensión neumática.

Circuito de aire comprimido.

Un solo eje propulsor se encuentra apoyado en su parte inferior al eje y por la parte

superior unido al bastidor. Entre los dos anclajes del resorte neumático está colocado el

36

amortiguador para absorber las reacciones producidas por las irregularidades del

camino.

Dos ejes, los dos fuelles neumáticos actúan en cada uno de los lados del soporte

balancín que se apoya sobre el eje propulsor. El eje conducido está equipado con un

solo resorte neumático por cada lado, pero de mayor capacidad.

Dos ejes propulsores hacen que este sistema funcione y consiste en la adopción de dos

fuelles por cada lado y en cada eje.

Circuito de aire comprimido

Circuito de alimentación

La alimentación del aire comprimido es proporcionada por el compresor para el circuito

general de frenos y suspensión neumática. Éste es accionado por el motor térmico,

comprime aire, lo envía al depósito húmedo donde se elimina la humedad del aire. Este

aire llega al depósito de frenos hasta alcanzar una presión de 770 kPa primordiales ya

que se toman por seguridad.

Alcanzada esa presión de funcionamiento se interrumpe la entrada de aire al depósito de

frenos mediante una válvula limitadora y se abre una válvula de alivio que deriva el aire

a los depósitos auxiliares de suspensión donde se almacena a una presión de 1200 kPa.

El Mando de control de nivel de altura por su parte es un elemento que permite

mantener el mismo nivel de la carga independientemente de la carga. Cuando ésta

aumenta, la reacción de la válvula permite el paso de aire a los fuelles aumentando su

presión y, cuando disminuye, reduce la presión.

37

Se dispone de tres válvulas de nivel colocadas una en el tren delantero, y dos en el

trasero, una a cada lado.

El control de nivel se puede conseguir de forma manual o automática.

De forma manual es el conductor quien lo regula mediante un mando: de forma

automática, el aire pasa por la válvula solenoide a la de nivel y de esta a los fuelles

neumáticos.

Funcionamiento del circuito neumático hace que el aire procedente del compresor, pase

por el depósito húmedo para su secado, tras lo cual pasa por la válvula limitadora y la de

4 vías al circuito neumático de frenos.

Las válvulas de seguridad mantienen la presión constante del circuito.

Después, pasa el aire por una válvula de alivio que da prioridad al circuito de frenos ya

que es un sistema de mayor jerarquía, permitiendo el paso de aire al circuito de

suspensión cuando alcanza el de frenos una presión de alrededor de 1000 kPa. A la

entrada de los depósitos de suspensión, hay una segunda válvula de alivio para controlar

la presión de entrada y llenado de los mismos, estando uno de ellos dotado también de

una válvula anti retorno.

A la vez que se llenan los depósitos, el aire puede pasar por la válvula solenoide desde

la cual, en determinadas ocasiones, se puede alimentar las válvulas de nivel para regular

los fuelles neumáticos.

La válvula de accionamiento manual es pilotada eléctricamente mediante los mandos de

la cabina.

38

La instalación está dotada de racores para conexión de manómetros, realizar

comprobaciones de presión, grifos de vaciado de depósitos, filtro de aire, alimentación

de la válvula del corrector de frenado para su regulación según la carga y un silenciado.

Órganos constructivos

Válvula de alivio

Formada por una válvula de paso con su correspondiente muelle tarado. Está situada a

la entrada del circuito de suspensión. Su función es permitir el paso de aire a la

suspensión cuando el circuito de frenos tiene su presión. Por debajo de esta presión, el

aire alimenta el circuito de frenos.

La Válvula solenoide está formada por un cuerpo con unos orificios por los que circula

el aire controlados mediante un inducido combinado con la acción de una bobina. En el

circuito neumático de suspensión existen agrupadas varias en bloque, tantas como

válvulas de nivel.

Su misión consiste en distribuir el aire hacia los fuelles neumáticos a través de las

válvulas niveladoras o de nivel.

Las Válvulas de nivel están formadas por una válvula de paso fijada al bastidor unida

mediante una varilla al eje de la rueda. Mediante esta varilla se gradúa el nivel del fuelle

de la rueda. En algunos casos, incluso el de las dos ruedas del mismo eje.

Una Válvula limitadora de presión está formada por un émbolo con su correspondiente

muelle antagonista. Su función consiste en mantener la presión constante dentro de unos

márgenes.

39

Por su parte la Válvula limitadora de altura se encuentra Formada por una válvula de

paro de aire anclada al bastidor que lleva sujeta una varilla o cable móvil unido al eje.

Su misión consiste en impedir que la elevación de la plataforma resulte excesiva y

pueda perjudicar al sistema. El funcionamiento consiste en el movimiento de la varilla

permitiendo el paso de aire hacia los fuelles neumáticos o permitiendo la expulsión de

aire de los fuelles neumáticos.

Su accionamiento puede ser manual o automático en función de la carga.

Unidades autonivelante o adaptables.

Los muelles y amortiguadores son muy importantes para la seguridad y el confort en la

conducción del vehículo.

Cuando se transporta carga o remolque, el coche se inclina hacia atrás y la suspensión se

hace más esponjosa.

Los dispositivos autonivelantes están dotados con una acción interna de bombeo propia.

La energía necesaria se obtiene de los movimientos verticales de la carrocería. Cuando

el coche se mueve intervienen las suspensiones y con ella la bomba interna que aspira el

fluido hidráulico de un depósito interno y lo envía a una cámara de presión en la que

actúa un gas comprimido. Así se regula la altura, llevándola a la óptima.

El dispositivo de control de altura está integrado en el vástago de los amortiguadores.

Las unidades están constituidas por una envoltura exterior en la que hay dos cámaras:

40

La cámara de baja presión: situada en la parte inferior, funciona como depósito de

aceite y está prácticamente llena de gas a presión.

La cámara de alta presión: situada en la parte superior, está dividida en dos por un

diafragma; en la parte exterior está el gas a presión, mientras que el interior está

lleno de aceite.

Principio de funcionamiento:

La presión en el interior de las dos cámaras se iguala en vacío, pero a plena carga, la de

alta presión tiene unas 10 veces más presión que la de baja presión.

En la envoltura exterior se encuentra el cilindro del amortiguador en cuyo vástago se

encuentra el pistón con las válvulas de amortiguación. El vástago de bombeo, conectado

a la base de la unidad, se desliza por el interior del pistón hueco, formando la bomba de

aceite. En la superficie exterior del vástago hay un orificio, que funciona como sensor

de altura.

En los movimientos verticales de las ruedas, el aceite de la cámara de baja presión es

aspirado por la bomba de aceite y enviado a la cámara inferior del amortiguador y

después a la de alta presión comprimiendo el gas y elevando el coche por la extensión

del vástago.

Cuando el sensor de altura comienza a descubrirse, el aceite a presión puede fluir hacia

la cámara de baja presión, indicando que se ha alcanzado la altura óptima de marcha.

La nivelación óptima se alcanza a los 2000 metros de marcha, dependiendo de la

irregularidad del firme. Para un firme irregular, la elevación es unos 15- 20 mm mayor.

41

Eliminación de las unidades autonivelantes:

Para eliminarlas hay que quitarles la presión antes de desmontarlas por ser peligroso.

Para quitarles la presión se taladran las cámaras de alta y baja presión con un diámetro

de 1 mm y una profundidad de 8 mm. Utilizando una pantalla de protección porque por

los orificios saldrá una mezcla de gas y aceite a presión.

2.1.4. Suspensión pilotada electrónicamente.

2.1.4.1. Suspensión convencional pilotada.

Los amortiguadores pueden ser blandos, absorbiendo las vibraciones, o duros, para

mayor estabilidad en curvas y altas velocidades.

La suspensión pilotada e inteligente ofrece distintos niveles de rigidez ya que ajusta sus

componentes de acuerdo a las necesidades del usuario de esta manera tenemos lo

siguiente:

Suspensión controlada: que está formada por un amortiguador convencional o

normal que en conjunto adicional posee dos electroválvulas accionadas por un

calculador electrónico. El funcionamiento está basado en el peso no calibrado

variable del paro de aceite del amortiguador, controlado por una válvula

electromagnética. Permite la elección de tres tipos de suspensión: suave, medio

y firme.

Suspensión inteligente: se ponen elementos electrónicos en distintas partes del

coche que envían información a una centralita electrónica o microcontrolador,

42

mediante un programa preestablecido, actúa automáticamente sobre la

suspensión controlando sus funciones como la rigidez.

El principio de funcionamiento se divide de igual manera en dos partes: La electrónica

y la mecánica es decir amortiguadores y dos electroválvulas parecidas a la anterior pero

totalmente controlada desde el ECU.

Como se especifica en el MANUAL CEAC DE ENSAMBLAJE Y SUSPENSIONES:

La parte electrónica utiliza los sensores que mandan información tal como el ángulo de

giro y la velocidad de rotación del volante, posición del acelerador, velocidad del

vehículo, porcentaje de frenada y desplazamiento vertical de la carrocería. Estas

informaciones son contrastadas por el calculador con las medidas de su programa. Si se

sobrepasa alguno de sus valores provoca una toma de decisiones que afecta a las

electroválvulas modificando los orificios calibrados del amortiguador.

Además tienen como órganos constructivos cuatro elementos de suspensión McPherson

con la diferencia de que el amortiguador cambia su resistencia al movimiento del

muelle por medio de dos electroválvulas haciendo de este más rígido o blando.

El funcionamiento del amortiguador de contra peso o tarado variable que realiza el paso

de un tipo de suspensión a otra se realiza mediante las electroválvulas de los

amortiguadores. El amortiguador está formado por dos cámaras más una tercera

complementaria unida mediante pequeños orificios a una de las cámaras y a la otra

mediante dos electroválvulas que son activadas por el calculador. Las dos primeras

cámaras van unidas mediante un orificio en el émbolo tarado de la siguiente manera.

43

Cuando se necesita la configuración Suave: la electroválvula de mayor caudal es

abierta y la de menor caudal es cerrada.

Cuando se necesita Medio: la electroválvula de mayor caudal es cerrada y la de menor

caudal es abierta

Cuando se necesita Deportiva: Las dos electroválvulas son cerradas así las

electroválvulas no intervine en el trabajo de suspensión, esta toma una altura adecuada

para que el auto se acerque al piso haciéndolo seguro para las velocidades de

conducción deportiva o de pista.

Este sistema tiene además 5 Captadores o sensores en conjunto con el calculador:

1.- Captador de ángulo y velocidad o acelerómetro de rotación del volante que se trata

de un captador de ángulo, de tipo óptico que es colocado en la columna de la dirección

y señala la velocidad, el sentido, el tiempo en que se realiza el giro y el punto de línea

recta y acciona el estado firme en función del giro.

2.- Captador de recorrido del pedal acelerador que por su parte es una resistencia

variable o potenciómetro, cuyo cursor es accionado por el acelerador. señala las

variaciones del pedal mediante una señal de rampa que hace pasar al estado firme

cuando lo cree conveniente.

3.- Captador de presión de frenos este es un manocontacto accionado por el pedal de

freno en su sección mecánica. En una frenada en seco o abrupta informa al calculador

que impone el estado firme de la suspensión ya que en este sentido se requiere de

estabilidad.

44

4.- Captador de velocidad está montado sobre el velocímetro, es de efecto Hall. En

función la velocidad, se cambia la estabilidad de la suspensión.

5.- Captador de desplazamiento de carrocería que está basado en el mismo principio que

el captador del volante es decir esta comandado con acelerómetros. Según el estado de

la carretera pasa de un estado a otro de suspensión.

Interruptor de información suplementaria es colocado en el salpicadero, permite

imponer un estado permanente manualmente este elemento es adicional a los captadores

o sensores del sistema en general.

2.1.4.2. Suspensión convencional auto-nivelante pilotada.

Solamente es usado en el tren trasero con la diferencia respecto al sistema de suspensión

convencional pilotada electrónicamente es la incorporación de un grupo de válvulas en

los amortiguadores compuesto por:

1.- Una válvula de modulación diferenciada, que regula la altura en función de la carga.

2.- Una electroválvula de amortiguación variable accionada por el calculador.

Según la carga, se regula la altura y según los sensores de frenado, aceleración, ángulo y

velocidad de giro de la dirección y velocidad del vehículo, el calculador electrónico

varía el tarado de los amortiguadores.

En cuanto al Circuito hidráulico no admite ningún tipo de elección sobre el mismo por

parte del conductor y solo reacciona mediante las variaciones de carga manteniendo la

altura constante del vehículo.

45

Está compuesta por una bomba de aceite y su depósito de alimentación o reservorio de

aceite hidráulico. La bomba envía el aceite necesario para la regulación de altura y los

ruidos los absorbe un resonador.

Esta Bomba de aceite es de tipo volumétrico, formada por dos pistones contrapuestos y

unida generalmente a la bomba de la servodirección y accionada mediante una correa o

banda por el motor.

Por otra parte el Resonador situado a la salida de la bomba, está formado por una

cavidad que atenúa los ruidos de la bomba. Las pulsaciones de la bomba influyen a las

canalizaciones y son absorbidas por una tubería dilatable para evitar errores de rodaje.

Además los reservorios hidráulicos equilibran los volúmenes de aceite durante la

distensión y compresión de los amortiguadores. El espacio reservado al aceite está

conectado al amortiguador por un racor y a su vez al regulador de altura. En la

compresión, el aceite pasa a los acumuladores comprimiendo el nitrógeno y, en la

distensión es empujado a los amortiguadores.

De esta manera el Regulador de altura mantiene le carrocería del vehículo a una altura

determinada mediante un varillaje.

El regulador está fijado al bastidor y conectado a la suspensión, enviando aceite a los

amortiguadores cuando se carga el vehículo, y descargándolos de aceite cuando se le

quita la carga.

Los Amortiguadores posteriores son amortiguadores convencionales formados por un

cilindro unido al eje de las ruedas y un émbolo unido al bastidor. Como elemento

46

elástico tiene un muelle y como fluido el aceite que regula la altura y ajusta la

amortiguación en función de la carga.

Una Válvula moduladora está formada por una válvula de pistón y un muelle tarado que

modifica la sección del orificio. Está situada entre el amortiguador y el acumulador.

Permite el paso de aceite en los dos sentidos pero gradúa el tarado de los

amortiguadores.

En funcionamiento el pistón regula siempre la sección del conducto permitiendo al

aceite el evitar las válvulas u obligándole a pasar por estas. Sobre el pistón ejercen dos

fuerzas, la del muelle que obliga a dejar libre el conducto, y la de la presión del aceite

que obliga a cerrar el conducto. Si la presión del sistema auto-nivelante es baja, no

vence la fuerza del muelle y el conducto queda abierto. Si la presión es alta, vence la

presión del muelle y obliga al aceite a pasar por las válvulas provocando una respuesta

rígida de la suspensión.

La electroválvula controlada por el calculador electrónico. Puede tener un ajuste suave

o rígido de amortiguación y su funcionamiento en condiciones de ajuste suave se

configura para cuando la electroválvula está abierta, la bobina es alimentada y el pistón

es levantado dejando libre el conducto. En condiciones de ajuste rígido, la bobina no

está alimentada, por esto la válvula permanece cerrada y el pistón cierra el conducto

empujado por el muelle. El aceite es obligado a pasar por las válvulas tanto hacia el

acumulador como hacia el amortiguador. La válvula anti vacío evita la formación de

vacío en las válvulas para mantener el volumen necesario de aceite para usarse en el

momento en que la configuración lo necesite.

47

2.1.4.3. Suspensión hidroneumática pilotada.

Tiene un funcionamiento de forma activa, denominada también suspensión hidractiva.

No solo varía la dureza del amortiguador, sino también el tarado del muelle,

permitiendo la elección entre dos estados de suspensión: sport y auto.

En posición sport pasa a un estado confortable adquirido por la elección del conductor;

en la posición auto, la suspensión actúa de forma inteligente, pasando de un estado a

otro.

La suspensión hidractiva como la llamaremos de ahora en más se divide en dos partes,

una electrónica y otra hidráulica.

Como se especifica en el MANUAL CEAC DE ENSAMBLAJE Y SUSPENSIONES:

La parte electrónica utiliza los sensores que mandan información tal como el ángulo de

giro y la velocidad de rotación del volante, posición del acelerador, velocidad del

vehículo, frenada y desplazamiento vertical de la carrocería, estas informaciones son

contrastadas por el calculador con las medidas de su programa. Si se sobrepasa alguno

de sus valores provoca una toma de decisiones que afecta a las electroválvulas

modificando los orificios calibrados del amortiguador además la parte hidráulica actúa

sobre el estado de rigidez de la suspensión mediante un regulador que está formado por

una esfera y dos amortiguadores por cada eje dispuestos de tal forma que puedan ofrecer

dos estados de suspensión.

En su funcionamiento:

48

1.- Una esfera adicional por eje más para obtener una flexibilidad variable, la

flexibilidad varía también en función de la cantidad de nitrógeno contenido en las

esferas. Se añade una tercera esfera integrada en el circuito según las condiciones de

carga y rodaje convencional.

2.- Principio de funcionamiento elástico se aplica cuando la tercera esfera está integrada

en el circuito trabaja de tal manera que el volumen total de gas es equivalente a la suma

de los volúmenes de gas de las tres esferas. Al ser mayor el volumen de gas, las

compresiones quedan repartidas entre las tres esferas y es más flexible.

3.- Principio de funcionamiento rígido para esto la esfera adicional está separada del

circuito y el volumen se reduce haciéndose más rígido.

4.-Dos amortiguadores más por eje, situados en cada una de las esferas adicionales para

obtener una amortiguación variable.

En su construcción la suspensión hidractiva incluye todos los órganos de la suspensión

hidroneumática con el mismo funcionamiento a demás de un regulador de rigidez

formado por una esfera, dos amortiguadores y una electroválvula. En cada eje hay una

electroválvula, acoplada al regulador de rigidez, a la que la llega una información

eléctrica enviada por el calculador que la transmite al regulador de rigidez el cual indica

el paso de un estado a otro de la suspensión además La electroválvula tiene dos

posiciones de trabajo.

1.- Posición de reposo y retorno al depósito: el bobinado no recibe alimentación

eléctrica. La aguja se mantiene sobre su asiento por acción del muelle y la utilización

está comunicada con el depósito. Corresponde a la posición firme de la suspensión.

49

2.- Posición activada y alimentación de alta presión: el bobinado recibe alimentación

eléctrica y la aguja cierra el retorno al depósito, comunicando la alta presión con la

utilización. Corresponde al reglaje elástico de la suspensión.

2.1.4.4. Suspensión neumática pilotada.

Tiene los mismos órganos que cualquier suspensión neumática y adicional el un

regulador electro neumático que contiene en su interior las válvulas de solenoide o

electroválvulas que están controladas por el calculador electrónico.

Funciona cuando la carga aumenta, el resorte se comprime, baja la carrocería, el

calculador electrónico lo detecta y permite el paso de aire al fuelle elevando la

carrocería.

Cuando se descarga el vehículo, la carrocería sube y la válvula de nivel se lo indica al

calculador que abre el paso de aire para vaciar los fuelles y devolver el altura al

vehículo.

En la disposición de los elementos sobre el vehículo, el sistema de suspensión está

formado por el depósito auxiliar el regulador electro neumático que contiene en su

interior las electroválvulas unidas a los fuelles uno para cada eje y al corrector de freno.

El mando a distancia situado en el salpicadero permite al conductor elevar o descender

la altura del vehículo.

50

En su construcción tenemos que: Como lo explica el MANUAL ITA DE SISTEMAS

ACTIVOS:

El Regulador electro neumático incorpora tres válvulas y tres electroválvulas. Dos

válvulas alimentan a los fuelles, cada una a uno. La tercera cumple dos funciones

diferentes: la alimentación de aire del regulador electro neumático y el vaciado de los

fuelles cuando se quiere bajar la altura del vehículo. El calculador alimenta las tres

electroválvulas. El regulador funciona así: la tercera válvula recibe el aire del depósito,

el calculador ordena la entrada de aire, el regulador accione el bobinado de la

electroválvula 5 y ésta coloca la tercera válvula en posición abierta, pasando el aire a los

fuelles dependiendo de las otras dos válvulas que funcionan a través de las otras dos

electroválvulas recibiendo, éstas, órdenes del calculador. Cuando hay que descargar aire

de los fuelles, se desconecta la electroválvula 5 y la válvula 3 deja el fuelle comunicado

con la atmósfera hasta alcanzar el nivel de altura óptimo, activando la electroválvula 5.

Además el Mando a distancia está unido al calculador y permite al conductor regular la

altura.

El Captador de nivel está unido por un extremo a una varilla cuyos movimientos por la

variación de altura se transforman en señales eléctricas enviadas al calculador.

Los Dispositivos de limitación del balanceo se utilizan barras estabilizadoras que se

colocan tanto en el eje delantero como en el trasero, enlazando los sistemas de

suspensión del mismo eje, limitando la diferencia angular entre los brazos derecho e

izquierdo oponiéndose a la inclinación del vehículo. A mayor rigidez mayor eficacia

antibalanceo y menor flexibilidad y confort.

51

Como se observa en el MANUAL DE ENSAMBLES DE SISTEMA CITROËN:

El control activo de balanceo (SC/CAR) aunque independiente, se añade a los efectos

producidos por la suspensión hidractiva. Mantiene la carrocería horizontal, al igual que

las ruedas, ganando adherencia además las leyes de cambio de estado de la suspensión

hidractiva han sido adaptadas, con pasos más frecuentes al estado sport, para limitar los

movimientos y las amplitudes de cabeceo en una carrocería sobre la que se ha suprimido

los movimientos de balanceo.

Utiliza dos subsistemas independientes para combatir el balanceo:

Conmutación anticipada entre dos estados de rigidez de la barra estabilizadora.

Corrección del ángulo de inclinación.

Funciona en trayectoria recta, el cilindro hidráulico está comunicado con la esfera, así

no actúa la barra estabilizadora directamente. Al iniciar una curva se interrumpe esa

comunicación y la barra estabilizadora actúa de manera rígida.

Cuando la carrocería se inclina más de 0,3°, el cilindro recibe o expulsa aceite a presión

estirándose o encogiéndose, aplicando una fuerza en sentido inverso a la inclinación de

la carrocería.

Como se observa en el MANUAL DE ENSAMBLES DE SISTEMA CITROËN:

“El sistema SC/CAR es un complemento a la suspensión hidractiva, recurre a la

inteligencia de la electrónica y a la fuerza de la hidráulica para mantener el vehículo en

horizontal. Está formada por una parte electrónica, una hidráulica y otra mecánica.”

52

Como se aprecia nuevamente en el MANUAL DE ENSAMBLES DE SISTEMA

CITROËN:”La parte electrónica está formada por captadores, un calculador con un

programa preestablecido y una electroválvula del regulador SC/CAR sobre la que

actúa.”

La parte hidráulica está formada por el aceite a presión de la dirección frenos y

suspensión. Se constituye de un cilindro hidráulico delantero izquierdo que une el brazo

de suspensión delantero izquierdo y la barra estabilizadora; un cilindro hidráulico

trasero derecho que une ese brazo y la barra estabilizadora; una esfera que da elasticidad

situada en la parte trasera central formando conjunto con la electroválvula y el

regulador; Un corrector comandado por bieletas, que provoca el accionamiento de los

cilindros para mantener la carrocería en horizontal. Está fijado sobre el puente

delantero; y un acumulador de líquido para el propio sistema.

La mecánica del sistema está compuesta de una barra estabilizadora delantera, otra

trasera y un conjunto de bieletas y resortes que aseguran la unión entre los dos brazos de

suspensión delanteros y correctores SC/CAR.

El mando mecánico de balanceo da la orden necesaria para mantener la carrocería

horizontal durante una curva.

Como se observa en el MANUAL DE ENSAMBLES DE SISTEMA CITROËN:”Los

movimientos oscilantes de los brazos se transforman en movimientos rectilíneos

mediante las bieletas y una diferencia de 0,3° de los ángulos de los brazos delanteros

provoca el movimiento del eje corrector SC/CAR.”

53

El Corrector del balance es el encargado de añadir o retirar el aceite de los cilindros con

el fin de equilibrar la carrocería. Sólo debe actuar en solicitaciones importantes para

privilegiar el confort.

Es un distribuidor de dos vías que según la posición de su eje pone en comunicación la

admisión con la utilización de los cilindros, la utilización de los cilindros con el retorno

al depósito o aísla la utilización de los cilindros.

El autor especifica en su MANUAL DE ENSAMBLES DE SISTEMA CITROËN:

- Tren delantero:

El cilindro SC/CAR permite inclinar la carrocería con relación al suelo para obtener el

comportamiento natural deseado. Éste cilindro une la barra estabilizadora al elemento

de suspensión delantero izquierdo asegurada esta unión en el lado derecho mediante una

bieleta de longitud fija y en el izquierdo por un elemento de longitud variable.

Hidráulicamente el cilindro puede presentar tres estados diferentes:

Unido a la esfera de regulador SC/CAR = mayor elasticidad en línea recta.

Completamente aislado = asegura la rigidez al inicio de la curva.

En unión con la fuente de presión = mantiene la carrocería horizontal en giros

pronunciados.

- Tren trasero:

El cilindro SC/CAR permite inclinar la carrocería con relación al suelo para obtener el

comportamiento natural deseado. La barra estabilizadora está fijada sobre el eje trasero.

54

Éste cilindro une la barra estabilizadora con el brazo de suspensión trasero derecho

asegurada esta unión en el lado izquierdo mediante una bieleta de longitud fija y en el

derecho por un elemento de longitud variable.

Hidráulicamente el cilindro puede presentar tres estados diferentes:

Unido a la esfera de regulador SC/CAR = mayor elasticidad en línea recta.

Completamente aislado = asegura la rigidez al inicio de la curva.

En unión con la fuente de presión = mantiene la carrocería horizontal en giros

pronunciados.

- Control de balanceo ARS:

En este sistema se sustituye la barra estabilizadora convencional por una barra activa

que está formada por dos semibarras conectadas entre sí mediante un motor hidráulico.

Si éste permanece en reposo, las dos semibarras se mueven de forma independiente, no

afectando al confort.

Cuando el coche entra en una curva, el motor colocado entre las dos semibarras de un

mismo eje, actúa ejerciendo la fuerza necesaria para unirlas formando una barra

estabilizadora rígida.

El calculador recibe información mediante los sensores de velocidad del vehículo,

posición y ángulo de giro del volante.

A partir de estos parámetros, el calculador ordena a un grupo hidráulico que contiene las

electroválvulas. Recibe presión de una bomba y la envía al motor hidráulico a través del

acumulador.

55

En función del paso de aceite al motor hidráulico, éste ejercerá más o menos fuerza

sobre las Semi-barras. Así se puede variar la dureza de las barras estabilizadoras.

En funcionamiento los sensores mandan la información a las electroválvulas tras

detectar la inclinación del vehículo. Acciona la bomba y permite el paso de

líquido a través de éstas hacia los motores hidráulicos con lo que la fuerza entre

las barras estabilizadoras va aumentando y la rigidez de la barra estabilizadora

también.

2.1.5. Suspensión activa

Como explica en su estudio la Mech. Eng. Universidad Nacional de Rosario, Argentina,

2005:

Las suspensiones activas se componen de un sistema hidráulico o neumático, capaz de

generar fuerzas para compensar el balanceo y el cabeceo del vehículo. Un computador

se encarga de recoger los datos tomados por sensores distribuidos estratégicamente para

poder enviar las señales adecuadas a los actuadores, y que éstos actúen de forma que se

mantenga un nivel máximo de estabilidad.

La principal ventaja de la suspensión activa frente a la suspensión pasiva es que la

suspensión activa permite un control de cada rueda independiente. Gracias a este control

se consigue mayor adherencia del vehículo al terreno, con lo que se aumenta la

seguridad en la conducción.

La principal desventaja de la suspensión activa es su elevado coste, principalmente para

el control sobre altas frecuencias, cuya implementación resulta demasiado cara, por lo

que es inviable en vehículos de serie.

56

Describe el autor del Manual Citroën De Ajustes y Calibración de Suspensiones pasivo

y activo:

La suspensión activa o suspensión inteligente utiliza un sistema hidroneumático que

administra la presión en cada uno de las cuatro alas de la suspensión. Esta suspensión

nunca utilizaba resortes: cuatro cilindros hidráulicos uno por rueda acompañados por

un tanque que formará parte crucial en el sistema. Aquí es donde entra el factor

electrónico, lo que hace esta suspensión "inteligente" o controlada inteligentemente.

El tanque y los 4 cilindros son conectados a unas electro válvulas que a la vez son

manejadas por una computadora, que de por sí está programada por los ingenieros del

equipo o casa automotriz. Esta computadora maneja y distribuye todas las formas de

presiones que debe recibir cada uno de los cilindros que hacen el papel de resortes del

auto.

Pero para que esta computadora sepa cuándo y cómo actuar, debe estar conectada a

unos sensores que le indicarán cada variación de altura del auto o presión de las llantas

debido a las imperfecciones de la pista es algo parecido a cómo se comporta un

sismógrafo.

Si seguimos con el ejemplo de la variación de presiones entre las llantas delantera

izquierda y trasera derecha, éstos sensores le mandan un mensaje a la computadora

detectando la anomalía, y ésta automáticamente envía una respuesta a las electro

válvulas (que administran el paso del líquido a través del sistema) haciendo que dejen

pasar líquido a cada uno de los cilindros que requieran, hasta que el nivel del auto

respecto al suelo sea el óptimo; es decir, hasta que el auto parezca una tabla durante el

movimiento y que en términos simples se diría simplemente que este nivelado.

En el ejemplo, la presión del líquido la recibiría el cilindro de la rueda delantera

57

izquierda. Todo este proceso tomaba apenas milésimas de segundo. En la práctica

resulta impresionante ver al coche comportarse como una tabla al tomar una curva.

Nadie puede dudar de la importancia de este sistema que a simple vista parecía tener

vida propia. Pero los altísimos costos de los sistemas electrónicos hicieron que las

brechas entre los equipos grandes y los chicos de la categoría reina se agrandaran y las

velocidades aumentaran peligrosamente, y ante esto la FIA no encontró otra solución

que eliminarlos definitivamente para 1994 de sus campeonatos principales y carreras.

De acuerdo con el autor Germán Filippini, Estudio del comportamiento dinámico de

vehículos terrestres mediante bond graphs:

Aunque la suspensión inteligente no desapareció del mercado, la masificación de ésta

entre los autos de calle nunca se realizó. Son pocos los fabricantes que se atreven a

emplear esta tecnología en sus modelos de serie como Alfa Romeo y Citroën pero

quien sabe algún día la tengamos entre nosotros con mayor frecuencia.

De acuerdo con el autor anterior Germán Filippini, Estudio del comportamiento

dinámico de vehículos terrestres mediante bond graphs: Para resolver el inherente

conflicto entre el soporte de carga efectivo, el confort del vehículo, al mismo tiempo

que se mantiene un contacto suficiente entre neumáticos y se elimina el balanceo en

curva y cabeceo en la frenada, se desarrolla la suspensión activa.”

Para entrar un poco más en detalle de la base de la suspensión activa tenemos que

resaltar que el actuador principal del sistema es el amortiguador ya que de este

dependerá la estabilidad y hacia él se dirigirá el control de estabilidad del auto.

58

La suspensión activa no funciona sola ya que cuenta además con aliados importantes

dentro del campo de seguridad activa.

2.1.5.1 Seguridad Activa

Tomando el documento de seguridad vehicular-Seguridad Activa.doc.:

La seguridad activa es la encargada de evitar, dentro de lo posible, situaciones de riesgo

que pueden provocar accidentes.

Existen variados equipamientos de estabilidad que se pueden incorporar a un vehículo,

los cuales son descritos en detalle en las siguientes hojas. Sin embargo, el diseño inicial

del vehículo es uno de los factores más influyentes en su estabilidad,

independientemente de los elementos adicionales que incorpore. Dinámicamente, en la

estabilidad de un vehículo tienen especial relevancia la posición su centro de gravedad y

la distribución del peso entre los dos ejes. Mientras más bajo esté el centro de gravedad

y más uniforme sea la distribución del peso entre sus ejes, mayor será el límite de

adherencia del vehículo. Otros elementos de importancia son la geometría de la

suspensión del vehículo, el tipo de neumáticos o el sistema de frenos.

Es importante tener estos elementos en cuenta antes de hacer un juicio sobre la

estabilidad de un vehículo sólo al leer su listado de equipamiento de seguridad activa.

Probablemente, un todoterreno provisto de una extensa batería de elementos

electrónicos de estabilidad no estará a la altura en comportamiento dinámico en

pavimento de un sencillo compacto, ya que se verá penalizado por su elevado centro de

gravedad, unas suspensiones y neumáticos diseñados para circular por terrenos

escarpados, y su mayor peso.

- Sistema antibloqueo de frenos (ABS)

59

El bloqueo de las ruedas es una situación crítica puesto que limita la capacidad de

control del automóvil por parte del conductor. Esta situación conlleva una pérdida de

estabilidad de marcha y derrape del vehículo, produce un aumento de distancia y tiempo

de frenado, y hace que se pierda progresividad en la frenada. Si el bloqueo se produce

en las ruedas traseras, el vehículo derrapa tendiendo a cruzarse en la carretera, y si

ocurre en las ruedas delanteras, el vehículo continúa en línea recta dejando inoperante el

sistema de dirección.

La función que ejerce el sistema ABS (Antilock Brake System) es la de dosificar el

esfuerzo de frenada adecuándolo a las condiciones de adherencia en cada una de las

ruedas, de manera que nunca se llegue al bloqueo de ninguna rueda. Los dispositivos de

freno antibloqueo son capaces de dar una respuesta apropiada a la pérdida de adherencia

y, en consecuencia, suprimir todo riesgo de pérdida direccional y de estabilidad del

vehículo en la frenada. Además, regula la presión aplicada al líquido de frenos sobre

cada rueda en función de la adherencia de la misma con el suelo y del esfuerzo ejercido

por el conductor sobre el pedal, limitando la fuerza de frenado en ellas a un valor

inferior al del bloqueo.

Por ejemplo, si pasamos con nuestro vehículo por un charco de aceite de manera que

una de las ruedas como se ve en la figura. Queda en contacto con este líquido y

frenamos, la rueda izquierda rodará sin resbalar, lo cual constituye su normal

funcionamiento, pero la rueda derecha debido al contacto con el aceite tenderá a

resbalar, lo que produce una clara inestabilidad. Es por esto, que el sistema ABS dejará

de frenar esta rueda, con el fin de que deje de resbalar y se logre nuevamente la

estabilidad.

60

Img.21.- Ejemplo de funcionamiento sistema ABS

Fuente: www.google.com seguridadvehicular-Seguridad Activa.doc


En resumen, el sistema antibloqueo de frenos aporta tres ventajas principales desde el

punto de vista de la seguridad activa:

Mayor eficacia sobre superficies resbaladizas (agua, nieve, hielo) ya que la

detención del vehículo se consigue en un tiempo y distancia menores. En el caso de

la frenada sobre pavimento seco se obtienen valores menores con este sistema

aunque muy similares a los obtenidos sin él.

Mejor estabilidad puesto que al no bloquearse las ruedas, se tiene un control

total de la dirección del vehículo. De hecho, la mayor ventaja del ABS sobre

pavimento seco no es la distancia de frenado sino que permite al conductor

mantener el control direccional del vehículo durante el frenado, lo que en muchas

situaciones será más importante que parar en una distancia determinada.

Frenada más progresiva al no bloquearse las ruedas, se tiene un control total de

la frenada, que es función directa de la fuerza aplicada al freno por el conductor.

61

Para darle un adecuado uso el sistema de frenos ABS es importante seguir los consejos

que se describen a continuación:

Debe mantener su pie en el freno en situaciones de frenado de emergencia.

Mantenga una presión firme y continua sobre el pedal del freno mientras trata de

hacer que el ABS en las cuatro ruedas del vehículo funcione adecuadamente. No hay

que despegar el pie del pedal del freno hasta que el vehículo se haya detenido.

Tampoco hay que solicitar en exceso el freno. En el caso de que se trate de un

vehículo con ABS únicamente en las ruedas traseras, puede que las ruedas

delanteras se bloqueen, tal como sucede con los frenos convencionales. Si ello

sucediera, el conductor debería soltar ligeramente el pedal del freno en la presión

justa para que éstas volvieran a girar y con ello no se perdiera la dirección del coche.

Debe practicar el conducir con ABS en un estacionamiento vacío o en un área

abierta. La práctica ayuda a los conductores a acostumbrarse a las pulsaciones o

ruidos que pueden ocurrir cuando el ABS está activado.

No debe conducir un vehículo equipado con ABS más agresivamente que uno

que no lo tenga.

No debe bombear los frenos en un frenado de pánico o repentino. El sistema

ABS bombea los frenos automáticamente, mucho más rápido, y permite un mejor

control de la conducción.

Por otra parte tenemos.

Sistema de control de tracción (TCS)

El TCS (Tracción Control System en inglés) consiste en un sistema muy similar al ABS,

pero no actúa en casos de frenado, sino en casos de excesiva aceleración. Cuando la

potencia transmitida al eje de la tracción es superior a la admisible por el rozamiento

62

entre las ruedas y el pavimento, se produce un deslizamiento y el vehículo pierde

motricidad y control. Este sistema busca la mejor motricidad del vehículo para evitar el

patinado de los neumáticos sobre firme deslizante o bajo una fuerte aceleración. Utiliza

los mismos elementos que componen el sistema de frenos antibloqueo.

Img.22.- Sistema de control de tracción



El diferencial que equipan todos los vehículos que permite diferencias de giro entre las

ruedas motrices de un mismo eje, lo cual es beneficioso cuando el vehículo gira. En las

curvas, las ruedas que van por la parte exterior recorren una trayectoria más larga que

las que van por el sector interno, con lo que se produce una diferencia de giro que el

diferencial es capaz de absorber.

Sin embargo, este sistema no es el más adecuado para repartir la tracción sobre

superficies resbaladizas. Supongamos que una de las ruedas tractoras está sobre asfalto

mojado y la otra sobre asfalto seco. Al momento de acelerar con decisión, la rueda sobre

asfalto mojado patinaría y, por acción del diferencial, recibiría toda la fuerza motriz,

mientras a la rueda que puede transmitirla se le elimina por completo esta fuerza. La

consecuencia de este hecho es el derrape una rueda del vehículo sin que este tracciones

y comience su marcha. El sistema de control de tracción permite corregir esta situación

63

a través del frenado de la rueda que derrapa, con lo que la fuerza motriz

automáticamente se transmite a la otra rueda.

La otra situación en que este sistema es útil ocurre cuando las dos ruedas del eje de la

tracción pierden adherencia. En este caso, el TCS trata de igualar la velocidad de giro de

los dos ejes del vehículo, ya sea frenando las ruedas motrices o actuando sobre la

gestión electrónica del motor para reducir su potencia.

Sistema de control de estabilidad (ESP) (incluye ABS y TCS)

Llamado programa electrónico de estabilidad o Electronic Stability Program en inglés,

este sistema mejora las prestaciones del vehículo en cualquier combinación de las tres

situaciones básicas de la conducción: aceleración, frenado y curva.

Los ESP reconocen eficazmente cuando un conductor puede perder el control del

vehículo y activan los frenos individualmente en cada rueda, además de reducir el par

motor para ayudar a mantener la estabilidad. El sistema se compone de sensores de

velocidad, de aceleración y de giro del volante, entre otros, junto con actuadores en los

frenos para cada rueda y un procesador que analiza la dinámica del vehículo más de 100

veces por segundo.

Cuando se realiza una maniobra brusca o a elevada velocidad en un vehículo, pueden

producirse dos situaciones: el subviraje y el sobreviraje. El subviraje ocurre cuando

deslizan las ruedas del eje delantero en una curva, provocando que el vehículo tienda a

seguir derecho realizando una trazada más amplia que la determinada por su conductor.

El sobreviraje, por su parte, corresponde al deslizamiento del eje trasero del vehículo en

una curva. En estas circunstancias, el eje trasero tiende a girar más que el resto del

vehículo lo que podría provocar un trompo.

64

Img.23.- Acción del ESP ante subviraje y sobreviraje



El sistema ESP permite controlar, siempre dentro de los límites de la física, las

situaciones anteriores mucho mejor que un conductor promedio. Por ejemplo, si en una

curva hacia la derecha se produce sobreviraje y el vehículo comienza a realizar un

trompo, el sistema interviene frenando la rueda delantera izquierda, creando de esta

forma una fuerza que contrarresta el sobreviraje y permite estabilizar el vehículo. Por

otro lado, si en la misma curva anterior se produce subviraje, el ESP frena la rueda

trasera derecha de manera que el vehículo mantenga la trayectoria escogida por su

conductor. En casos extremos, el sistema también puede reducir el par motor con el

objetivo de disminuir la velocidad, a través de la gestión electrónica del motor.

El Sistema distribución automática de frenado (EBD) (Electronic Brake Distribution)

representa un perfeccionamiento del sistema ABS y proporciona una extraordinaria

estabilidad al frenar bruscamente en curvas, regulando individual y electrónicamente la

65

presión de frenado en cada una de las cuatro ruedas. Este sistema utiliza la

infraestructura de los frenos antibloqueo, a la que agrega un sensor del ángulo de la

dirección y un control sobre la gestión del motor.

En un vehículo convencional se permite la independencia en el frenado de los ejes

delantero y trasero, de manera que las ruedas delanteras efectúen la mayor parte del

trabajo producto del mayor peso que reciben cuando se frena. Sin embargo, la

adherencia de las ruedas, el nivel de carga o realizar una curva modifican la cantidad de

frenado que puede transmitir cada rueda al pavimento. Además, en un mismo eje no hay

independencia de frenado entre las dos ruedas, con lo que las dos transmiten la misma

cantidad de frenada al pavimento. Este hecho no supone ningún inconveniente si el

vehículo frena cuando circula en línea recta, aunque la situación cambia si el frenado se

produce en una curva.

Cuando un vehículo está trazando una curva, las ruedas que van por el exterior de ella

deben soportar un mayor peso debido a la acción de la fuerza centrífuga sobre la masa

del vehículo. Por esta razón, las ruedas que van por el exterior de la curva pueden

transmitir una mayor cantidad de frenada sin perder adherencia que las interiores. Si el

vehículo cuenta con EBD, el sistema permite en estas circunstancias la independencia

en la cantidad de frenada que se envía a cada rueda, con lo que se obtiene una mayor

eficacia en el frenado al aprovechar al máximo la adherencia de cada rueda.

Con este sistema se logra la independencia total del frenado de las cuatro ruedas,

logrando una frenada óptima.

Adicional a este existe el Sistema de asistencia a la frenada (BAS), Se ha demostrado

que en situaciones de frenada de emergencia, la mayoría de los conductores comienzan

presionando el freno con poca presión y luego la van aumentando. Este comportamiento

66

generalmente desencadena distancias de frenado mayores a las que se podrían haber

conseguido frenando apropiadamente. El comportamiento ideal en una frenada de

emergencia es justo el contrario: inicialmente se debe pisar con decisión el pedal del

freno, y luego ir soltando si es necesario.

El sistema de asistencia a la frenada (Brake Assistant System) es un sistema electrónico

que interpreta el comportamiento del conductor, e inicia un frenado a fondo cuando

identifica una situación de emergencia, lo que hace reducir la distancia de frenado

sustancialmente. Para realizar la frenada el sistema guarda en un acumulador líquido de

freno, el cual se abre para provocar la sobrepresión en la frenada cuando el sistema lo

determina.

En algunos vehículos equipados con este sistema, cuando se detectan frenadas de

emergencia se encienden automáticamente los intermitentes, de manera de avisar a los

demás conductores que el vehículo se detendrá bruscamente.

2.1.5.2. Sistema de suspensión activa o adaptativa

El sistema de suspensión activa se presenta como la respuesta a la necesidad de

desarrollar vehículos seguros y capaces de combinar elevados niveles de confort,

control y maniobrabilidad.

Este sistema resuelve el clásico conflicto entre confort y estabilidad, manteniendo un

contacto suficiente entre neumáticos y eliminando tanto el balanceo en curva como el

cabeceo en la frenada.

67

Img.24.- Sistema de suspensión activa o adaptativa



Al estudiar los Componentes del sistema de suspensión activa tenemos que el sistema

se compone de actuadores hidráulicos que reemplazan en algunos casos al conjunto

muelle-amortiguador de cada rueda, junto con bombas, sensores, servoválvulas y la

unidad de control electrónico. Esta unidad monitorea constantemente el perfil de la

carretera y envía señales eléctricas que controlan las suspensiones delantera y trasera.

De esta forma, con el sistema de suspensión activa se consigue que el comportamiento

de la suspensión sea el apropiado para cada circunstancia de la conducción.

68

Img.25.- Acción del sistema de suspensión activa

Fuente: http://www.tallervirtual.com/2009/12/13/sistema-de-suspension-activa-primera-parte/


Tomando el documento de seguridad vehicular-Seguridad Activa.doc.:

Cuando un vehículo con suspensión activa toma una curva, el sistema limita la

inclinación de la carrocería, permitiendo un mejor control del vehículo al evitar el

movimiento de su centro de gravedad. Además, este sistema permite controlar el reparto

de carga entre los ejes delanteros y traseros del vehículo, distribuyendo las fuerzas en la

suspensión de cada rueda para que el vehículo mantenga una altura fija y nivelada sin

importar su nivel de carga. Por otro lado, este sistema también permite mejorar la

adherencia de cada neumático al asfalto, con lo que aumenta la capacidad de

maniobrabilidad del vehículo y su nivel de seguridad activa.

Anexo al sistema general el Sensor de presión neumáticos es un aditamento que existe

ya que en casos de viraje es muy difícil que un neumático en buen estado e inflado a la

presión correcta se reviente repentinamente, sobre todo si se le ha dado un uso normal.

69

Generalmente, lo que sucede es que el neumático que ha sufrido un pinchazo comience

a perder presión lentamente hasta quedar completamente bajo. Este proceso conlleva

peligro si el conductor no percibe que uno de sus neumáticos se está desinflando, ya que

al perder aire aumenta la temperatura de este, con lo que se pueden producir

deformaciones e incluso el desllante del neumático.

Img.26.- Componentes y funcionamiento del sistema de control de presión en los

neumáticos



El sistema de control de presión de los neumáticos se compone de sensores en las cuatro

ruedas que monitorean continuamente la presión, una unidad de control y un display en

el tablero de instrumentos que puede contar con una alarma sonora. Cuando el sistema

detecta una pérdida de presión en algún neumático, activa una señal en el tablero de

instrumentos que alerta al conductor de la situación.

En este punto de las descripciones de los tipos de suspensión se pueden destacar los

principios de funcionamiento de los amortiguadores propios de la suspensión activa y

70

del sistema de suspensión activa como tal de acuerdo con parámetros físicos de control

y físico mecánicos del sistema en general.

Comenzaremos por interponer conocimientos básicos de:

Hidrostática

Hidrodinámica

Acelerómetros

Sensores de velocidad digitales

Que son sistemas de principal importancia para el sistema activo de suspensión, llegada

su comprensión se podrá enfocar el estudio desde parámetros de diseño y construcción.

Como reseña se darán parámetros de conocimiento general de los temas antes expuestos

con el fin de que el conocimiento adquirido sea de ayuda para la comprensión de la

suspensión activa en su esencia.

Principio de Pascal

Tomando como referencia la Enciclopedia mentor, edición 2006

"La presión ejercida sobre la superficie libre de un líquido en equilibrio se transmite

íntegramente y en todo sentido a todos los puntos de la masa líquida”.

Img.27.- Ilustración principio de Pascal

Fuente: www.imagenes google.com


71

P’A = PA + P

P’B = PB + P

Donde P = F / S

Fuente: Enciclopedia Mentor 2006


En la figura anterior se verifica el principio de Pascal, en la cual PA y PB son las

presiones ejercidas en los puntos A y B respectivamente antes de aplicar la fuerza F y

P'A y P'B son las presiones luego de aplicar dicha fuerza. La presión P es la generada

por la aplicación de la fuerza F sobre la superficie S en A y esta es la ecuación

predominante para la presurización de las esferas en 30 psi medidas por el fabricante

de Citroën.

72

CAPÌTULO III

3. METODOLOGÍA

A continuación se determinara la metodología que se usara en el prototipo de control de

suspensión activa, para lo cual se enfocara el método de investigación a realizarse al

igual que la metodología técnica del proyecto en particular.

3.1. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

Teniendo en cuenta que este un proyecto de investigación y desarrollo partimos del

argumento inductivo en el caso de la revisión de los diseños y la adaptación a uno

nuevo para así desarrollar el conocimiento y deducir su funcionamiento para ponerlo en

práctica por lo cual el método de investigación usado en este trabajo es inductivo

deductivo además el proyecto se usara el Método Experimental que se pondrá en

práctica en la etapa de prueba del proyecto.

.

3.2. METODOLOGÍA MECATRÒNICA.

3.2.1. Análisis de requerimientos del proyecto

En primera estancia el proyecto se analizara y demostrara por medio de cuadros de

control y bloques el funcionamiento de ensamblaje en base a las curvas características

del sistema de suspensión.

Iniciaremos con la consideración en la cual se tomara como sistema estable de

suspensión aquella que no degrade la función de transferencia en ninguna de las llantas

en recta o viraje durante el movimiento del vehículo, no degradar la función de

transferencia quiere decir que el sistema de suspensión mantiene las cuatro ruedas en

contacto permanente con la superficie, por otra parte el sistema pasivo de suspensión

bandea en viraje por lo cual se determina la estabilidad normal mientras el vehículo

73

pase la mayoría de tiempo tendiendo a la posición horizontal en rodaje esto quiere decir

que en la carrocería del vehículo se efectúa la compensación de las fuerzas de inercia

tangentes al giro del vehículo provocando así la que mejore la estabilidad, cabe recalcar

que el sistema de suspensión activa no influye en el giro de la llanta solo compensa el

bandeo lateral provocado por la inercia del giro como se aprecia en las imágenes

presentadas en el capítulo de marco teórico.

Revisar Img.23.- Acción del ESP ante subviraje y sobreviraje e Img.25.- Acción

del sistema de suspensión activa.

En el caso del sistema propuesto se simula el factor de inclinación lateral de la

carrocería por medio de un acelerómetro el del cual se tomaron rango 0 ideal, sección

media de rampa al 50% y sección final de rampa tendiendo al 100%, por medio de un

volante de PC.

Se detallara por medio de un cuadro comparativo en base a las consideraciones tomadas

las diferentes mejoras propuestas por un sistema activo de suspensión.

Como se observa en el siguiente cuadro, las ventajas y mejoras que el sistema de

suspensión activa presenta no son otra cosa que potenciar el mismo sistema mecánico a

una expresión más alta refiriéndose así a la ganancia en cuanto a estabilidad y contacto

superficial en las cuatro ruedas se refiere.

Por otra parte el cuadro muestra las ventajas de conducción y control que el humano

tiene sobre el sistema.

74

CUADRO 9: CUADRO COMPARATIVO SUSPENSIÓN PASIVA VS.

SUSPENSIÓN ACTIVA

Cuadro comparativo Suspensión pasiva vs. Suspensión activa

Detalle en parámetros de estabilidad

Suspensión Activa Suspensión Pasiva

Estabilidad en viraje no se degrada Se degrada al menos en una rueda.

Estabilidad en recta no se degrada no se degrada

Viraje de alta velocidad no se degrada tiende a perder equilibrio por acción de la inercia

Controlabilidad en manejo mayor regular (normal)

Poción de carrocería en curva mejor regular (normal)

Adherencia a la superficie en las cuatro llantas mayor regular (normal)

tendencia al vuelco regular(normal) mayor

desempeño en curvas progresivas o constantes mayor regular (normal)

Revisado por: Ing. Simón Hidalgo


El diseño de suspensión activa se desarrollo con el fin de mejorar el rendimiento de la

suspensión durante los virajes o curvas y se desarrollo dentro del sistema global de

seguridad activa porque una de sus funciones es prevenir el volamiento, por esta razón

75

se denomina además como sistema anti-vuelco además este proyecto se lo enfoco con

fines pedagógicos ya que permitirá realizar una serie de práctica de laboratorio en el

área mecánica y electrónica automotriz.

De acuerdo con lo antes mencionado tenemos que:

El siguiente grafico nos muestra como se configura mecánicamente el sistema de

suspensión pasiva de tal manera que se pueden observar las representaciones

características de los elementos inmersos en todo sistema pasivo de suspensión.

Img.28.- Ilustración Sistema De Suspensión Pasivo Ideal

Fuente: Ing. Juan Gonsalez Aldaz.


Donde:

m Masa Suspendida

b Coeficiente De Fricción Viscosa

76

y(t) Desplazamiento Vertical

k Constante De Resorte

r(t) Fuerza Aplicada

El cuadro de control que determina las cualidades típicas que un sistema completamente

mecánico tiene es:

CUADRO 10: SISTEMA CONVENCIONAL DE SUSPENSIÓN PASIVA

Fuente: Automan


Donde:

ECUACIÓN 1. Función De Transferencia Del Sistema Mecánico De Suspensión.

()()

= ାା

Fuente: Automan


Sistema pasivo de suspensión ()()

= ାା

Control Estabilidad del auto

Entrada Irregularidad

es del camino

Velocidad (v)

Mecanismos 1. Sistema mecánico de amortiguación 2. Chasis o compacto pasivo

Salida Estabilidad

relacionada al control

mecánico de suspensión

77

Es la función de transferencia típica del sistema de suspensión pasiva que permite la

estabilidad del auto durante su rodaje lineal ya que en curvas o virajes se degrada y no

mantiene esta condición en las cuatro ruedas.

En este caso su curva característica en funcionamiento es:

Para el sistema de suspensión activa propuesto se tendrá en cambio las siguientes

mejoras en cuanto a diseño.

CUADRO 11: SISTEMA PROPUESTO DE SUSPENSIÓN ACTIVA



Sistema pasivo de suspensión

()()

= ାା

Control digital Estabilidad del

auto Seguridad anti

vuelco Estabilidad en

viraje Entradas

Condición del camino

Entradas (sensores) Velocidad (v) Inclinación (α)

Mecanismos 5 Sistema de Control digital 6 Sistema mecánico de amortiguación 7 Chasis o compacto pasivo

Salida 4. Aumento de

estabilidad gracias a un variable del conjunto cilindro pistón.

5. Control de conducción.

6. Seguridad activa.

78

Además el siguiente diagrama de control representa el sistema propuesto de tal manera

que se puede apreciar el sistema aplicado al proyecto.

En este caso el prototipo toma al sistema pasivo como su planta para control y se

determina así con el fin de no afectar su configuración de funcionamiento durante los

virajes o curvas.

Diagrama 1: Control Por Bloques

(v) (α)



La función de transferencia típica en cuanto el diseño del sistema mecánico no se

degrada ni se modifica en el sistema propuesto para este trabajo ya que en el caso de el

sistema empleado la esfera empleada para el sistema es la que contiene un ensamblaje

que actúa como muelle helicoidal y amortiguador internamente, por esta razón es que no

se considero el uso de un muelle de ningún tipo en la configuración propuesta.

Los requerimientos del proyecto en su totalidad se desenvolverán de acuerdo con

parámetros mecánicos, eléctricos, electrónicos e informáticos para lo que realizara una

descripción textual y luego se determinara el respectivo diagrama de procesos para cada

conjunto de parámetros.

Como se especifico en el párrafo anterior primeramente se analizaran los

requerimientos mecánicos del proyecto teniendo en cuenta que:

PLANTA ()()

= ାା

PROCESADOR CAD

CAD CDA y

79

1. De acuerdo con el alcance del proyecto se desarrollara un ensamblaje didáctico y

de demostrativo del sistema de suspensión activa que permitirá conocer una de

las diferentes funciones del sistema de seguridad activa.

2. Se diseñara un modelo en base a un sistema de suspensión de eje independiente

acoplando un sistema electro-hidráulico que trabajaran bajo un sistema de

control diseñado para presión hidráulica.

3. El moldeamiento del prototipo se hará de forma semejante a un diseño de

suspensión a escala real.

Para describir de manera general los requerimientos que este sistema mecánico necesita

para lograr su función se requiere diseñar un chasis de soporte de igual manera y

disposición que en un auto normal sin embargo se reducirán las medidas de ancho ya

que solo se dará un diseño que se compone de las dos terceras partes de la parte frontal

un auto compacto o sedan, su profundidad se dimensionara con forme la disposición del

guarda-fango delantero y chasis por otra parte su dimensión de altitud se determinara

acorde con la disposición lateral del chasis y altura del guardafangos. Las piezas

internas de la suspensión como son: motor, bomba hidráulica, sistema de suspensión y

transmisión se distribuirán dentro del cuadro de ensamblaje que se comprende dentro

del chasis.

Entonces como requerimientos mecánicos tenemos:

1. Chasis delantero reducido a dos terceras para la vista frontal

2. Guardafangos delantero y capot adecuado a especificaciones de chasis.

3. Bomba hidráulica de inyección.

4. Red de tuberías de cobre para distribución hidráulica.

5. Sistema de transmisión de cadena.

80

6. Sistema de suspensión brazos independientes.

7. Ejes y rodamientos de transmisión de rueda

8. Empotramiento para motor eléctrico y ejes de tracción.

9. Aditamentos frontales de carrocería

En otro contexto de requerimientos tenemos los requerimientos eléctricos y electrónicos

que para este caso se pueden conjugar en uno solo ya que se relacionan entre si dentro

del proyecto.

Con este antecedente partiremos diciendo que:

1. Se usara una fuente de 110VAC que alimentara todo el sistema eléctrico y

electrónico del proyecto.

2. Se diseñara un sistema de control inteligente que permita ajustar la estabilidad

del vehículo de acuerdo con las necesidades inmediatas de este.

Respecto a la descripción de funcionamiento y disposición de circuitos e instalaciones

se requiere que el sistema sea capaz de controlar por medio de circuitos integrados y

microcontroladores la recepción de datos de los sensores, el procesamiento de las

señales y la activación de los actuadores en este caso las electro válvulas y por ende los

amortiguadores que formaran un sistema de laso cerrado de control.

Entonces los requerimientos eléctricos y electrónicos son:

1. Fuente de 110VAC.

2. Fuente de transformación a 5 y 12 VDC para las placas de control y actuadores

del sistema electrónico.

3. Sistema de protección para placas y actuadores (sistema de protección fusible)

4. Placas de conexión aptas para el trabajo automotriz.

5. Instalación de cableado de fuerza propia de componentes automotrices.

81

Culminando con los requerimientos del proyecto nos resta mencionar los

requerimientos informáticos que son los que harán posible que el sistema mecánico,

eléctrico y electrónico sea controlado y funcionen de acuerdo a los parámetros de

diseño.

Desde este punto de vista acotamos.

1. El lenguaje empleado para toda la programación será PIC BASIC.

2. Se simularan internamente dentro del programa los parámetros físicos de todos

los sensores.

3. los parámetros de acción serán previamente cargados en los microcontroladores

como se determina en las memorias RAM, PROM ò E-PROM Y ROM del

computador del automóvil para el control.

Revisar Anexo 2: Programa de validación y software de funcionamiento.

En este punto se determinara la lógica de funcionamiento del prototipo de control de

suspensión activa con el objetivo de aclarar las condiciones de trabajo del mismo.

En primer lugar se comenta en base a las curvas características de los elementos de

entrada y la acción de la planta que en este caso es el sistema de suspensión mecánico

del prototipo la función del sistema en las condiciones especificadas en su lógica de

programación y de acuerdo a los parámetros establecidos para la simulación que en esta

caso son:

Giro menor o igual al 50 % a una velocidad menor o igual al 50%.

Giro menor o igual al 50% a una velocidad mayor al 50%

Giro pronunciado mayor al 50% a una velocidad menor o igual al 50%.

Giro pronunciado mayor al 50% a una velocidad mayor al 50%.

82

Tomando en cuenta que gracias al diseño propio de la esfera, la función de

transferencia no se degrada sino que más bien el vástago del pistón compensa el peso

ejercido por la inercia del vehículo en los virajes manteniendo el sistema de masa

suspendida con las cualidades de rodamiento normales en las cuatro llantas en todos los

intervalos de tiempo.

Mencionado lo anterior concluimos que el sistema de amortiguación no cambiara su

grafica de trabajo en las cuatro condiciones presentadas sino que es sistema como tal

mantiene con una mayor estabilidad en el auto durante su rodaje.

CUADRO 12: Datos para la grafica de curva característica Citroën Xantia.

Gráfica normal del sistema de suspensión Citroën Xantia Tiempo de reacción (t) Porcentaje de amortiguación

Seg. % 0,0 0 0,5 40 1,0 80 1,5 110 2,0 134 2,5 142 3,0 135 3,5 96 4,0 91 4,5 103 5,0 105 5,5 101 6,0 99 6,5 101 7,0 99 7,5 100 8,0 99 8,5 100 9,0 100 9,5 99

10,0 100 Revisado por: Ing. Simón Hidalgo


83

Img.29.- Gráfica normal del sistema de suspensión Citroën Xantia



El sistema de sistema de control revisa cada segundo los posibles cambios aun durante

el tiempo de corrección ya que este es un sistema de baja resolución y no es necesaria

una velocidad mayor de respuesta. Para el primer caso de la lógica de funcionamiento

en el cual hay un Giro menor o igual al 50 % a una velocidad menor o igual al 50%,

La electroválvula de admisión se abre mientras se tenga girado el volante. Y para evitar

el descarrilamiento del pistón la lógica permite que a los dos segundos de saturación del

cilindro a 90 psi que son el tiempo y la presión en la cual el cilindro llena a 700 ml de

aceite y se alarga en el espacio de holgura entre 11y 12 cm. Esta es la respuesta de

acción para la primera condición de lógica.

En la segunda y tercera situación de lógica el sistema reacción alta ya que un Giro

menor o igual al 50% a una velocidad mayor al 50% o Giro pronunciado mayor al 50%

a una velocidad menor o igual al 50%. Comprenden una acción rápida ya que se trata de

020406080

100120140160

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

Gràfica normal del sistema de suspensiòn Citroën Xantia

% de amortiguación

t

84

un giro brusco y prolongado o una velocidad que en viraje se entiende como una

acumulación de inercia en el sistema durante el viraje

Para la última condición se repite el caso de la segunda y la tercera ya que en el caso de

de un Giro pronunciado mayor al 50% a una velocidad mayor al 50%. Se tiene tanto un

velocidad alta y un giro pronunciado y abrupto de tal manera que la reacción del sistema

es mecánicamente y literalmente instantánea ya que los cambios de dirección son

rápidos y constantes sin embargo son tiempos altos en programación por esta razón la

electroválvula de admisión se acciona de igual manera mientras se tenga girado el

volante y la electroválvula de escape se abre al segundo de la apertura de la

electroválvula de admisión ya que las curvas se toman con mayor velocidad y se las

culmina en menor tiempo.

Img.30.- Ilustración zona intervención de aceite hidráulico.



Sección capa de transmisión de fuerza de acción para la esfera.

85

Img.31.- Ilustración rampa de acelerador y reacción del sistema de suspensión

en función del tiempo.



CUADRO13.- Recorrido Máximo E Inclinación De Compensación Del

Amortiguador Respecto Al Giro Del Volante.

COMPARATIVO DE VARIABLES Y GRÀFICAS DE FUNCIÓN. Inclinación α Giro de volante en grados Longitud en cm.

9,21 90 12 9 80 12 8 70 11 7 60 10,8 6 50 10 5 40 9 4 30 7,5 3 20 6,3 2 10 4,8 1 0 2 0 0 1,5



0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5

curva ideal del potenciometro en parametros de porcentaje R (resistencia) en porcentaje

% de R

t

86

Img.32.- Longitud del vástago de pistón en función de la inclinación



Img.33.- Giro del volante en función de longitud de vástago



02468

101214

0 2 4 6 8 10

longitud de vàstago de pistòn

longitud

-20

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10

% de giro de volante Vs. longitud de vàstago

giro de volante

Longitud

Giro del volante

Longitud

Angulo de inclinación α

87

Los gráficos mostrados anterior mente están en base al cuadro 13 y representan la

acción del prototipo en base al ángulo de giro del volante que de igual manera como se

observa en la imagen 31 estas curvas no afectan la curva del sistema mecánico por que

estas variables de acuerdo al giro presentado permiten mantener las cuatro ruedas sobre

el asfalto.

3.2.2. Diseño de los componentes mecatrónicos del proyecto.

Para comenzar con el diseño de los diferentes componentes que tiene el proyecto

empezaremos separando las partes mecánicas, electrónicas y de programación. Para

luego concatenar la información en un solo modelo mediante el ensamblado de esta

manera podremos apreciar de manera completa la estructura en terminología

Mecatrònica.

Comenzando con el diseño de las partes mecánicas tomaremos en cuenta que el diseño

del prototipo de suspensión se enfocara en la zona delantera del auto contemplado por:

1. Tercio delantero Chasis frontal.

2. Sistema de suspensión convencional de tipo independiente.

3. Sistema de amortiguación electrohidráulico. (separando sector hidráulico

del sector piezoeléctrico).

Estos planos tienen como referente de construcción sus cotas para definir

completamente todas y cada una de las graficas así se acoplan en el ensamble de tal

manera que las medidas mostradas en los mismos son exactas pero no por esto dejan de

ser ajustables a las diferentes aplicaciones que el sistema como tal permite en conjunto y

por separado además el ensamble que se mostrara en la parte de simulación y en la

sección de construcción se puede adaptar como sistema pasivo convencional como

activo.

88

3.2.2.1. Plano chasis frontal.

El chasis está diseñado de forma que se asemeja de manera real a un chasis

convencional de suspensión presente en automóviles compactos o sedan, en este caso se

tomo algunas especificaciones del manual de diseño de Toyota como el ancho y la

profundidad ya que son diseñados para posteriores adaptaciones de competencia y

tienen un costo promedio para acoplar el sistema de suspensión además se dimensiono

para adaptar un juego de mesas Fiat modificadas para un sistema de tracción Austin

mini mil con el objeto de reducir costos y aligerar principal mente el peso del prototipo.

Además su altura se determina con la longitud máxima y mínima del amortiguador

que en este caso es de Citroën Xantia hidra-activa que en funcionamiento dentro del

proyecto es de entre 340 mm. En reposo y 350 mm. De extensión total y es el

referente de medición que el Toyota Tercel tiene especificado en su configuración

pasiva en cuanto al conjunto amortiguador muelle.

Sin embargo en cuanto a materiales de construcción para el modelo real estos son

pesados y posterior mente al diseño se determinara un material más liviano pero

resistente, capaz de soportar el peso de los componentes así como del sistema en su

totalidad ya que el transporte de este sería un inconveniente en el momento de la

práctica de laboratorio además que necesitaría calibrar una mayor presión de la bomba

hidráulica para su trabajo.

Revisar anexo 3 de planos de acuerdo a lo leído. Plano 1: Chasis frontal.

3.2.2.2. Planos Sistema De Suspensión Y Planos Amortiguador

A continuación se mostraran los planos de las piezas tomadas en cuenta para la

suspensión en el siguiente orden:

89

1. Mesas superior e inferior.

2. Manzana.

3. Amortiguador.

4. Placa de soporte base de amortiguador.

5. Eslabones base para mesas y acoples.

Planos Mesa Superior E Inferior.

Con respecto a las mesas suprior e inferior en mecánica se les conoce así a los brazos de

sujeción del sistema de amortiguación ya que en estos se hace tierra o punto de apoyo al

momento del movimiento además son puntos de junta completa que le da la libertad de

movimiento requerida y holgura necesaria cuando el automóvil está en marcha.

Este diseño con dos mesas permite que el amortiguador no se incline de manera

inapropiada y más bien mantenga una posición correcta durante su funcionamiento y

como tiene el mismo funcionamiento que la mesa inferior se mueve de manera que

ambas mesas se posicionen de manera paralela en cada instante de tiempo.

De estas piezas también dependerá la sujeción de la manzana ya que esta cumple con la

función de aislar la parte motriz de tracción o de transmisión de movimiento hacia la

rueda.

Revisar anexo 3 de planos según el tema leído. Plano 2: mesa superior y Plano 3:

mesa inferior.

Como se puede ver en los planos de diseño básico de las mesas y como se verá en el

transcurso del planeamiento algunas piezas se han modificado para su mejor trazado y

montaje posterior con el fin de facilitar el trabajo de diseño conjunto del sistema general

de control de suspensión activa.

90

Revisar anexo 3 de planos según el tema leído. Plano 2: mesa superior y Plano 3:

mesa inferior.

Plano Manzana

La siguiente descripción representa esquemáticamente la manzana que fue tomada de

una suspensión Austin Mini Mil y adaptada a las necesidades del diseño sin dañar la

función primordial del prototipo ni la holgura del sistema en conjunto el sistema Austin

tiene la característica de ser un sistema sencillo de montar y simple en cuanto a su

configuración por esta razón se selecciono e incorporo esta parte al prototipo.

La manzana nos permitirá tomar las medidas correctas y facilitara la realización de

pruebas de laboratorio ya que el sistema tendera a equilibrarse y a funcionar de manera

ideal.

Revisar anexo 3 de planos según el tema leído. Plano 4: Manzana

Plano Amortiguador Activo.

Los siguientes componentes forman parte del amortiguador que se ha despiezado

previamente para su observación.

-Esfera Presurizada.

La esfera presurizada cumple la función de resorte y amortiguador a la vez ya que el

líquido hidráulico contenido dentro de esta se caracteriza por sus propiedades de

compresión y expansión controladas por un sistema de amortiguación mecánico k, b.

b Coeficiente De Fricción Viscosa

91

k Constante De Resorte

Que internamente complementan su trabajo por esta razón es que no existe un muelle

helicoidal en este sistema ya que como tal está diseñado para realizar el proceso de

amortiguación.

-Pistón-Eslabón Interno De Amortiguación.

Este elemento del amortiguador por su parte es el que controla la longitud o más bien

recibe la presión producida en el cilindro en su parte superior o sea la cabeza y es

empujado de tal manera que aumenta la longitud del amortiguador si afectar las

propiedades mecánicas de este y manteniendo en las cuatro ruedas la función de

transferencia en cada instante de tiempo ya sea en recta o viraje.

-Cilindro De Presión Hidráulica Controlada.

Esta parte del amortiguador se acopla tanto al Pistón-Eslabón Interno De Amortiguación

y a la Esfera presurizada siendo él intermediario de funcionamiento ya que tiene una

válvula de ingreso y retorno de aceite hidráulico, este cilindro completa el sistema que

hace de vaso comunicante entre el reservorio de aceite y el amortiguador.

Revisar anexo 3 de planos según el tema leído. Plano 5: Esfera presurizada, Plano

6: Eslabón interno de amortiguamiento y Plano 7: Cilindro de presión hidráulica

controlada.

Revisar además las figuras 13, 14 y 15. Del funcionamiento del sistema.

-Plano Placa De Soporte base de amortiguador.

92

Esta placa se soldó a la parte superior del chasis y servirá como el soporte superior del

amortiguador simulando así soporte real que un auto con compacto tiene en su

configuración permitiendo así la sujeción y empotramiento del amortiguador desde la

esfera.

Revisar anexo 3 de planos según el tema leído. Plano 8: placa de soporte base de

amortiguador.

-Planos De Eslabones Base Para Mesas Y Acoples.

A continuación se mostrara algunas piezas que fueron adecuadas al sistema de

suspensión para hacerla adaptable al diseño del chasis y así mantener el altura de la

manzana y del amortiguador en funcionamiento vertical simétrico estas pieza se

soldaron a la altura requerida por el manual de ensamblaje Austin y se hicieron parte del

chasis para la sujeción de las mesas superior como inferior a cada lado del prototipo a

partir del nacimiento de los parantes verticales del chasis.

Estas platinas fueron colocadas en los parantes verticales del chasis con el fin de sujetar

la mesa superior e inferior de cada lado por medio de soldadura.

Por otra parte las mesas superiores e inferiores se colocaron con pernos acerados de alto

grado de dureza y bujes guías de perno para no forzar el movimiento normal del sistema

de suspensión como lo recomienda el manual propuesto en este proyecto de esta manera

se reduce el desgaste del perno y se alarga la vida útil del prototipo.

Revisar anexo 3 de planos según el tema leído. Plano 9: Eslabón base para mesa

superior., Plano 10: Eslabón base para mesa inferior.

93

El último plano a mostrarse en esta parte mecánica ha sido modificado para el diseño

CAD al igual que algunas piezas ya que en este tipo de ensambles se requiere de un

conocimiento basto en cuanto a lo que a animación se refiere, este eslabón nos permitió

realizar las simulaciones en a herramienta CAD y se obvio el trazado del terminal de

conexión entre mesa y manzana propio para esta configuración como se puede observar

en la fig.12 mostrada más adelante.

Revisar anexo 3 de planos según el tema leído. Plano 11: Eslabón conector mesa

manzana.

En lo que a diseño se refiere se tomo como medida de seguridad y pensó optar por el

dimensionamiento y creación de eslabones de juntura como se observa en la fig. 12. este

se encarga de unir la manzana, la mesa superior y la mesa inferior. Desde sus extremos

externos de tal manera que permite el movimiento del conjunto del sistema.

En otra perspectiva se reviso la factibilidad de realizar en cuanto a diseño grafico quiere

decir en software de diseño para imágenes y planos alguna piezas que en función y uso

se asemejan en gran parte a los componentes reales del sistema ya que su desarrollo en

herramientas CAD es bastante complejo llegando a la determinación de crear el

ensamblaje en herramientas CAD con algunas modificaciones que permitan revisar su

funcionamiento virtual lo mas allegado al real.

3.2.3. Simulación y prototipo.

A continuación se muestra la imagen principal del ensamble implementado bajo la

plataforma Inventor y luego las imágenes de simulación del funcionamiento real

tomadas de Citroën, en el caso del prototipo las piezas automotrices son de tamaño real

94

por lo cual solo se realizo la medición de presión en el sistema hidráulico, que consta de

una bomba hidráulica acoplada a un motor de 1.5 Hp. A 1750 rpm. Y 110 Vac. Que

permite que dicha bomba presurice el sistema hidráulico a 200 psi. Además se calibro

una válvula de alivio para auxilio del sistema entre 90-110 psi. Para el funcionamiento

de los amortiguadores tomando en cuenta el peso de casi 150 Kg. Que posee el proyecto

en conjunto.

Fig. 1: Ensamble principal del prototipo.

Fuente: Plataforma Inventor



95

Las siguientes imágenes muestran el funcionamiento real del amortiguador y nos da una

mejor idea del funcionamiento del sistema fuera de la simulación empleada para el

prototipo de suspensión activa presentado y propuesto.

Revisar anexo 4 de Perspectiva de Ensamble.

Fig. 2: Amortiguador en reposo.

Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=Tomy9qPisaM&feature=related

Elaborado por: J. Adrián Bolaños

96

Fig. 3. Amortiguador bajo presión.



Fig. 4: Amortiguador en expansión.



97

Por otra parte el sistema electrónico del control usa dos señales rampa que sugiere el

trabajo de los sensores y acelerómetro respectivamente estos se simulan mediante

potenciómetros y 1 acelerómetro que ingresan a un micro controlador PIC.16F877A que

tiene programada la lógica de funcionamiento y permite la respuesta de los actuadores

que en este caso son electroválvulas que se conectan a los outputs del PIC. Pasando por

un encendido de transistores TIP.122, estos se switchean y permiten la conexión de

las electroválvulas.

Además hay dos fuentes tanto para el circuito del PIC, para el LCD y Para los circuitos

de control que polarizan con 5 Vdc. y otra de 12 Vdc. Para el encendido de las

electroválvulas.

A continuación observaremos una grafica del circuito realizado en la plataforma ISIS.

Fig. 5: Ensamble del circuito plataforma ISIS

Fuente: Plataforma ISIS



98

Revisar anexo 5 de perspectiva del circuito.

Con estos antecedentes se asegura que el funcionamiento del sistema es el correcto y

bajo las condiciones de fabricación tanto de los elementos mecánicos, piezas

electromecánicas y electrónicas.

A continuación se presentara las imágenes de simulación electrónica en la plataforma

Proteus visible en el LCD. Que nos indica en porcentaje de 0 a 100 % la posición del

volante hacia la derecha o izquierda y la posición del acelerador de min. A Max.

Además especifica el funcionamiento de las electroválvulas. Ya sea (Sup. i) admisión

izquierda, (Inf. i) escape izquierda, (Sup. d) admisión derecha, (Inf. d) escape derecha.

99

CAPÌTULO IV

4. DESARROLLO DEL PRODUCTO MECATRÓNICO.

4.1 CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO.

Para empezar con la construcción y moldeamiento del proyecto se arranco con la

construcción del chasis que se construyó con vigas de perfil “U” reforzados tomando

medidas de fabrica del Toyota Tercel adecuándolas a la suspensión hibrida entre Fiat

Uno Fire, Citroën Xantia además de tracción Austin Mini Mil. Con el objetivo de

ensamblar la configuración adaptada de este proyecto como se muestra en los planos

mecánicos.

Foto. 1: Ensamble principal del prototipo.



100

Al realizar el ensamble se realizo un cálculo de peso obteniéndose un aproximado de

150 Kg. Mencionado anteriormente en la simulación del proyecto obtenido los

siguientes resultados.

Para el sistema de suspensión adecuado para el chasis diseñado anteriormente y

tomando en cuenta las medidas descritas en los planos se hicieron los siguientes

trabajos:

Foto. 2: Ensamble del sistema de suspensión y sistema hidráulico.



Se fijó la esfera presurizada de Citroën, se midió y soldó los eslabones de tierra

Se ensambló la tracción y suspensión

Se realizó el trabajo de presurización y control de cebado de la bomba

hidráulica adecuando el sistema de cañerías.

Se instaló el sistema de alivio del prototipo para auxilio y control de la presión.

101

Se instaló los sistemas de control como circuitos, pantalla, fuentes, actuadores,

sensores, etc.

Foto. 3: Ensamble del sistema de tracción



Foto. 4: Sistema sencillo bomba hidráulica amortiguador.



102

Foto. 5: Sistema alivio para bomba hidráulica amortiguador.



Foto. 6: Válvula de alivio.



En la siguiente foto se muestra una pieza indispensable para el control como lo es el

volante ya que sin este es imposible hacer las medidas de giro de manera real se

incorporo además un acelerómetro en su configuración.

103

Foto. 7: Volante de PC. Empleado en el control como mando principal.



Foto. 8: Cableado interno del volante para la adquisición de señales.



104

Ahora se mostrará los circuitos y placas usadas para el control del proyecto de control

de suspensión activa propuesto.

Foto. 9: Circuito de control y fuente de alimentación.



Este circuito como bien se ha dicho es el que comandara las variables de entrada

emitidas por el volante y el acelerador y enviara los pulsos de respuesta que los

actuadores receptaran para cerrar el control.

Respecto a la muestra de datos se coloco una pantalla LCD que permite observar en

tiempo real todo lo que está ocurriendo en el momento del funcionamiento como:

Posición del volante.

Posición del acelerador

Admisión y escape de las electroválvulas.

105

Foto. 10: Placa LCD De información principal.



En síntesis su función es la de panel de control ya que muestra las funciones que el

sistema realiza en el momento justo de acción.

Foto. 11: Brakers de encendido del prototipo.



106

Los brakers por su parte hacen de switch y fusible ya que por sus características

eléctricas permiten la conexión de los motores y del circuito sin afectar su

funcionamiento normal.

Por último y no menos importante en este sistema se tiene como actuadores principales

a un juego de 4 electroválvulas que son la que permiten el ingreso y la salida del fluido

de transmisión quiere decir que se dispusieron 2 para admisión y dos para escape.

Las características de las mismas son:

12Vdc.

4.8 W

400 mA

Foto. 12: Electroválvula de admisión o escape.



107

Diagrama para la lógica empleada en el prototipo de control de suspensión activa.

Diagrama 2: lógica de funcionamiento.

“Encendido del sistema”

“Son las variables que simula n los diferentes

Estados del sistema de suspensión.”

SI NO

SI NO



INICIO

Arranque y presentación del

programa

Presentación de datos

Giro de volante der.

O izq.

Posición del pedal mayor

al 50%

CORRECION

NORMAL

CORRECION

EN ALTA VELOCIDAD

FIN

Defino variables Volante y acelerador

108

4.2. GUÍAS DE FUNCIONAMIENTO.

4.2.1 Manual de funcionamiento.

Para comenzar tenemos que tomar en cuenta que este es un material didáctico y requiere

de una supervisión calificada para el mismo.

Así comenzamos con el siguiente orden de arranque.

Encendido del ECU.

Encendido de la bomba hidráulica.

Para el encendido del ECU. Y de la bomba hidráulica, el prototipo cuenta con 2 motores

de 110 Vac. Uno para la bomba hidráulica y otro para la tracción además el ECU.

Funciona con 110 Vac. Al igual que los motores estos tres elementos se incorporan a

tres brakers para encendido y protección del sistema estos brakers se encuentran

ubicados al lado derecho del prototipo en uno de los brazos del chasis y se los reconoce

por su color blanco.

Tomando de referencia el eje de transmisión derecho se encenderá 1.circuitoECU. 2.

bomba y sistema hidráulico.

En el caso de la transmisión se encenderá hasta terminar con el cebado del sistema.

Fase de cebado de la bomba.

Para el auto cebado el sistema y concretados los pasos mencionados anteriormente

tenemos que girar el volante hacia la derecha y esperar que el sistema actué durante 4

ciclos comprendiéndose así admisión y escape como ciclo y luego hacia la izquierda de

igual manera, el giro del volante para el cebado es de 0 a 100% y de vuelta al descanso

observando el display contándose un ciclo.

Encendido de la tracción.

109

En este punto se enciende el tercer braker para arrancar la tracción y se empieza con la

demostración de funcionamiento.

Etapa normal de funcionamiento.

Aquí se procede con la observación, toma de mediciones y experiencias posibles.

A continuación se mostrara el diagrama de flujo empleado en la lógica de diseño.

Diagrama 3: secuencia de encendido.

1

2

3

4

5

6



INICIO

FIN

Encender circuito

Encender la bomba

Cebar la bomba

Activar tracción

Revisión de lógica

de circuitos

Analizar y observar

resultados

110

4.2.2 Guía de mantenimiento.

Para mantener en las mejores condiciones de funcionamiento se debe observar

que el nivel de aceite en el reservorio de la bomba complete como mínimo los ¾

de su capacidad.

Durante su funcionamiento se debe esperar el tiempo necesario para el auto

cebado y correcto funcionamiento.

Se cambia el líquido hidráulico cada 50000 horas de funcionamiento para

preservar en buenas condiciones los amortiguadores y electroválvulas.

Los sistemas electrónicos tendrán que recibir mantenimiento y limpieza cada vez

que el usuario o encargado del prototipo crea conveniente teniendo en cuenta

que las impurezas del ambiente presentes en el taller mecánico generan falsos

circuitos en el sistema.

Mantener en buen estado las instalaciones eléctricas mediante un chequeo

periódico.

No debemos olvidar que el uso apropiado de la herramienta y equipo es

indispensable para su durabilidad.

4.2.3 Guía de mejoramiento.

Se tiene que tomar en cuenta las limitaciones del sistema sin embargo se puede

mejorar el sistema de manera básica usando el sistema de amortiguación y la

lógica del ECU.

El mismo sistema puede ser adaptado a un auto de pruebas en movimiento ya

que sus piezas son adaptables y reemplazables.

111

No se recomienda hacer ninguna modificación sin el debido estudio de

funcionamiento y características del sistema.

112

CAPÌTULO V

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

5.1. CONCLUSIONES.

Como se ha visto en el trabajo los sistemas activos de seguridad son entes que la

industria automotriz propone y aplica en sus nuevos diseños teniendo en cuenta

que estos ayudaran a que las mejoras realizadas en motores y carrocerías no sean

un factor de riesgo para los ocupantes.

Las tecnologías introducidas al mercado invitan a una preparación técnica más

adecuada para el control y mantenimiento de los nuevos sistemas automotrices

en el país.

La implementación de este sistema es una base de ayuda para el técnico que

empieza a ver el funcionamiento de los sistemas activos y es de gran

importancia que el mismo explore más las técnicas y procedimientos para el uso

de las tecnologías automotrices mejoradas.

En el caso del proyecto creo que el desarrollo de una tecnología o proyecto

dentro del país enriquece no solo el conocimiento del estudiante sino también

que este puede enfocar su talento al desarrollo del país y de los demás.

En cuanto a los parámetros y objetivos planteados se desarrolló una estructura

que permite el montaje de un sistema de suspensión activa con base

electrohidráulica con bases técnicas y se demostró su aplicación.

Se implementó con éxito el prototipo de suspensión activa controlado desde la

ECU o unidad de control diseñado para propósitos de prácticas en laboratorio.

113

Se diseñó una ECU o unidad de control apropiada para el diseño mecánico de

suspensión activa controlando así el sistema electro hidráulico de manera segura

y normalizada.

Se adecuó el prototipo de suspensión de manera didáctica para poder realizar

laboratorios de banco.

5.2. RECOMENDACIONES.

Potenciar los equipos y herramientas de laboratorio ya que las nuevas

tecnologías deben ser estudiadas y analizadas para su comprensión y manejo.

Enfocar las prácticas de laboratorio al correcto empleo del equipamiento técnico

como herramientas, útiles entre otros. Que tienen que ser correctamente

manejados en el desarrollo del trabajo de campo.

Educar en cuanto el mantenimiento correcto de los equipos de laboratorio para

que su duración sea prolongada y su funcionamiento sea adecuado.

Los estudiantes o profesores técnicos se deben formar con disciplina y de

manera ética ya que estos valores son indispensables para un trabajo adecuado y

profesional.

114

REFERENCIAS

BIBLIOGRÁFICAS.

115

Manual De Ensamblaje Fiat, última edición 2004.

Manual De Ensamblaje Toyota, última edición 1999.

Manual Austin Morris De Ensamblajes Mecánicos, edición 1995.

Manual De Ensambles De Sistema Citroën, edición 1995-2005.

Manual Citroën De Ajustes y Calibración de Suspensiones pasivas y

activas, edición 2000-2005.

Manual CEAC De Suspensiones Pasivas, edición 1995.

Manual CEAC De Suspensiones Activas, edición 1997-2007.

Manual ITA De Sistemas Activos edición, 2005.

Colección temática automotriz, S.M. Alonso Pérez, 1994.

Manual Chitón Centrum, edición 1995-2003

Germán Filippini, Estudio del comportamiento dinámico de vehículos

terrestres mediante bond graphs, publicación año 2000

Conocimientos Básicos Del Automóvil, Edgar Mayz Acosta, publicación

2001.

Fundación Universidad De Atacama, Unidad Técnico Pedagógica,

Sr. Jorge Hernández Valencia, Tipos De Suspensión, publicación

2003.

Investigación Mech. Eng. Universidad Nacional De Rosario, Argentina,

temario 2005.

Enciclopedia mentor, edición 2006

Www.Google.Com Imágenes Suspensión Independiente Y Sistemas

Activos.

116

Seguridadvehicular-Seguridad Activa.Doc, última revisión 2004.

117

ANEXOS

118

Anexo 1: Presupuesto general.

HARDWARE Y SOFTWARE

Concepto

cantidad precio unitario subtotal

Nº de unidades USD. USD.

Guardafangos 1 60,00 60,00

Capot 1 100,00 100,00

Esferas presurizadas 2 150,00 300,00

Amortiguadores 2 180,00 360,00

Bomba de inyección hidráulica 1 600,00 600,00

Sensores y Actuadores 4 15,00 60,00

Placas de Circuitería y programación 2 80,00 160,00

Motor AC 110v 1.5Hp 2 290,00 580,00

Eje de transmisión 2 55,00 110,00

Eje homocinético 2 110,00 220,00

Manzana de soporte 2 85,00 170,00

Mesa delantera 4 115,00 460,00

Juego Cañerías 1 35,00 35,00

Juego Acoples 1 40,00 40,00

TOTAL 3255,00


119


RECURSOS HUMANOS

Descripción

nº horas v/h subtotal

tiempo horas USD. USD.

Mano de obra directa 200 4,00 800,00

Mano de obra indirecta 50 2,00 100,00

TOTAL 900,00


MATERIAL DIDACTICO Y DE TRANSPORTE

Descripción

Precio

USD.

Asesoría Técnica y bibliográfica 60,00

Transporte 60,00

TOTAL 120,00


120


OTROS INSUMOS

Descripción

Precio

USD.

Remachados 10,00

Soldadura 50,00

Material para ensamblaje y pernos 10,00

Libros y consulta didáctica 90,00

TOTAL 160,00


INVERSIÓN INICIAL

N. CONCEPTO VALOR DETALLE

1

Material didáctico y

transporte 120

2 Hardware y Software 3255

3 R.R.H.H. 900

4 Otros Insumos 70 SIN LIBROS NI CONSULTA DIDACTICA

TOTAL 4345 FO MOMENTO CERO DEL EJERCICIO

4355+30% DE UTILIDAD =$5655


121

Anexo 2: Programa de validación y software de funcionamiento.

program VOLANTE

symbolsd=portd.1 'superior derecho

symbol id=portd.0 'inferior derecho

symbol si=portd.2 'superior izquierdo

symbol ii=portd.3 'inferior izquierdo

DIM TXT AS STRING[20]

dim ad1, ad2 as word

dimvolante,acelerador as float

dim giro,_der,_izq as byte

sub procedure adc

ad1 = Adc_Read(0) delay_ms(1)

ad2 = Adc_Read(1) delay_ms(1)

acelerador=-0.182*ad2+169.9

ifacelerador>100 then acelerador=100 end if

ad2=acelerador

if (ad1>510) and (ad1<550) then

ad1=0

Lcd_Out(1, 10, "recto ")

giro=0

else

if ad1<510 then

volante=-0.196*ad1+100

122

Lcd_Out(1, 10, "derecha ")

giro=1 'giro derecha

end if

if ad1>540 then

volante=0.208*ad1-112.5

Lcd_Out(1, 10, "izquierda")

giro=2 'giro izquierda

end if

ad1=volante

if ad1 >100 then ad1=100 end if

end if

end sub

sub procedure init

LCD_INIT (PORTB)

Lcd_Cmd(Lcd_CURSOR_OFF)

trisc.2=0

portc.2=1

ADCON1 = $80 ' Configure analog inputs and Vref

TRISA = $FF ' PORTA is input

trisd=0 portd=0

end sub

sub procedure caso1

if ad2<50 then

ifgiro=1 then

123

if _der=0 then

Lcd_Out(2, 11, "sup i")

_der=1

si=1 delay_ms(2000)

Lcd_Out(2, 11, "inf i")

ii=1

end if

end if

ifgiro=2 then

if _izq=0 then

Lcd_Out(2, 11, "sup d")

_izq=1

sd=1 delay_ms(2000)

Lcd_Out(2, 11, "inf d")

id=1

end if

end if

ifgiro=0 then

if _der=1 then

si=0 delay_ms(3000)

ii=0

Lcd_Out(2, 11, " ")

_der=0

end if

124

if _izq=1 then

sd=0 delay_ms(3000)

id=0

Lcd_Out(2, 11, " ")

_izq=0

end if

end if

end if

end sub

sub procedure caso2

if ad2>=50 then

ifgiro=1 then

if _der=0 then

Lcd_Out(2, 11, "sup i")

_der=1

si=1 delay_ms(1000)

Lcd_Out(2, 11, "inf i")

ii=1

end if

end if

ifgiro=2 then

if _izq=0 then

Lcd_Out(2, 11, "sup d")

_izq=1

125

sd=1 delay_ms(1000)

Lcd_Out(2, 11, "inf d")

id=1

end if

end if

ifgiro=0 then

if _der=1 then

si=0 delay_ms(2000)

ii=0

Lcd_Out(2, 11, " ")

_der=0

end if

if _izq=1 then

sd=0 delay_ms(2000)

id=0

Lcd_Out(2, 11, " ")

_izq=0

end if

end if

end if

end sub

MAIN:

init

_der=0

126

_izq=0

giro=0

Lcd_Out(1, 1, " U.T.E. ")

Lcd_Out(2, 1, " ")

DELAY_MS(2000)

Lcd_Out(1, 1, " SUSPENCION ")

Lcd_Out(2, 1, " ACTIVA ")

DELAY_MS(2000)

Lcd_Out(1, 1, " ")

Lcd_Out(2, 1, " ")

WHILE TRUE

adc

caso1 '0<acel<50

caso2 '50=<acel<100

bytetostr(ad1,txt)

Lcd_Out(1, 1, txt)

bytetostr(ad2,txt)

Lcd_Out(2, 1, "ACEL=")

Lcd_Out(2, 7, txt)

WEND

END.

127

Anexo 3: PLANOS.

128

Anexo 4: PERSPECTIVA DEL SISTEMA.

Anexo 5: CIRCUITO EN 3D

129

Anexo 6: Glosario De Términos

Memoria ROM: Acrónimo de Read Only Memory, en informática, memoria

basada en semiconductores que contiene instrucciones o datos que se pueden

leer pero no modificar.

Memoria PROM o EPROM: acrónimo inglés de Erasable Programmable

Read Only Memory y son chips de memoria que se programan después de su

fabricación. Son un buen método para que los fabricantes de hardware inserten

códigos variables o que cambian constantemente en un prototipo

Memoria RAM: Memoria de acceso aleatorio, en informática, memoria basada

en semiconductores que puede ser leída y escrita por el microprocesador u otros

dispositivos de hardware tantas veces como se quiera. Es una memoria de

almacenamiento temporal, donde el microprocesador coloca las aplicaciones que

ejecuta el usuario y otra información necesaria para el control interno de tareas

Tarado: Peso no calibrado de un sistema de suspensión controlada se toma

como variable para el cálculo de sensores y respuesta de actuadores.

Efecto hall: es un fenómeno por el cual una corriente eléctrica atraviesa un

material conductor mientras se aplica un campo magnético que forma un ángulo

recto con la corriente. Esto daba como resultado una acumulación de electrones,

llamada tensión de Hall, a lo largo de uno de los filos del conductor

Holgura: espacio vacío que queda entre dos piezas que han de encajar una en

otra

Electroválvula: válvula o llave de paso controlada eléctricamente.

130

Calculador: a partir de los datos que recibe, permite la elección de la

amortiguación deseada por el conductor en la suspensión controlada mediante

interruptor; en la suspensión inteligente se modifica el tarado de los

amortiguadores según las circunstancias de la marcha.

Racor: Pieza metálica con dos roscas internas en sentido inverso, que sirve

para unir tubos y otros perfiles cilíndricos.

Distender: Aflojar, relajar, disminuir la tensión.

Varillaje: Conjunto de varillas de un elemento

Fuelle: Instrumento para recoger aire y lanzarlo con una dirección

determinada.

131

Anexo 7: TAREAS Y MODELO DE FICHA DE LABORATORIO

132

Recomendación de tareas para la práctica de laboratorio en el tema de suspensión

activa o adaptativa.

El prototipo de suspensión activa presentado en este trabajo tiene la posibilidad de

estudiarse en varias meterías durante la instrucción técnica.

La siguiente guía permitirá desarrollar con mayor facilidad las diferentes prácticas que

se pueden realizar en el prototipo.

Los posibles temas a tratar son:

Tipos de suspensión activa.

Características y reconocimiento de una suspensión activa.

Elementos de la suspensión activa.

Modelado y mediciones.

Ajuste y calibración.

Talleres de física hidráulica.

Mantenimiento.

Electrónica y control.

Sensores y actuadores.

Modificación de parámetros de control.

En escala y en el orden mostrado se puede realizar las prácticas de laboratorio adicional

a esto el glosario de herramientas requerido para su realización cuentan de parte del

133

técnico sin embargo se necesita en algunos casos herramientas especiales tanto para

calibración mecánica como electrónica estas se muestran en el siguiente listado.

Medidor de presión hidráulica entre 60 y 200 psi. De presión.

Herramientas CAD para modelado.

Calibradores micrométricos.

Multimetro.

Osciloscopio.

Amperímetro.

Programadores de PIC.

Herramienta de reparación electrónica.

En cuanto al formato requerido para el desarrollo de la práctica se siguiere el siguiente

formato:

FORMATO DE PRÁCTICA PARA PROTOTIPO DE SUSPENSIÓN ACTIVA. Nº de practica Tema de la practica Nº de practicantes.

Fecha Nombres

Materia

Calificación

OBJETIVO GENERAL DE LA PRÁCTICA.

Objetivos específicos de la practica

134

DESARROLLO

Herramientas Equipos Descripción Cantidad Descripción Cantidad

PROCEDIMIENTO

135

OBSERVACIONES

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

ADJUNTOS Y ANEXOS Se harán de ser necesarios y en páginas aparte.

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