UNIVERSIDADDepartamento de Ciencias de la Energa y Mecnica

Nivel: VI NivelAsignatura:Mantenimiento Mecnico Automotriz IITema:Sistema de Suspensin Inteligente

PROYECTO DE 2da UNIDADAlumnos:

Fecha: 12-Ene-2014

LATACUNGA ECUADOR

SISTEMA DE SUSPENSIN INTELIGENTEINTRODUCCIN

El sistema de suspensin es una de las partes ms importantes de cualquier vehculo. Afecta principalmente, al confort de los pasajeros, al fcil manejo, a la maniobrabilidad, al control del vehculo y a la capacidad de carga. De stos los ms importantes son: el confort de los pasajeros y el control del vehculo. Este ltimo influye de manera importante en la seguridad.

La suspensin tiene seis funciones bsicas:

1.- Reduccin de las fuerzas provocadas por la irregularidad del terreno.

2.- Control de la direccin del vehculo.

3.- Mantenimiento de la adherencia de los neumticos a la carretera.

4.- Mantenimiento de una correcta alineacin de las ruedas.

5.- Soporte de la carga del vehculo.

6.- Mantenimiento la altura ptima del vehculo.

Para resolver el inherente conflicto entre el soporte de carga efectivo, el confort del vehculo, al mismo tiempo que se mantiene un contacto suficiente entre neumticos y se elimina el balanceo en curva y cabeceo en la frenada, se desarrolla la suspensin activa.

La suspensin activa ofrece una solucin tecnolgica muy avanzada para conseguir este reto. Estos sistemas se presentan como una respuesta a la necesidad para desarrollar vehculos seguros y capaces de combinar grandes niveles de confort, control y maniobrabilidad.

Las suspensiones activas constan de un sistema con un actuador hidrulico que puede generar fuerzas para compensar el balanceo y cabeceo del vehculo. Un computador electrnico se encarga de monitorizar constantemente (mediante sensores), el perfil de la carretera y enva seales elctricas a las suspensiones delantera y trasera. Aqu ser donde los componentes hidrulicos, consistentes en bombas, actuadores y servovlvulas, actuarn manteniendo un nivel mximo de estabilidad.

Las suspensiones actuales estn diseadas para trabajar de forma progresiva, permitiendo as una mejor adaptacin al nivel de carga del vehculo. Generalmente los amortiguadores tienen una caracterstica de amortiguacin especfica, y por tanto, sus posibilidades de ajuste estn limitadas a las diferentes cargas y condiciones de la carretera.

Sin embargo en las suspensiones activas esta caracterstica de amortiguamiento es regulable gracias al sistema hidrulico y se consigue un reposicionamiento de la carrocera casi perfecto.

Uno de los parmetros que indica la calidad de una suspensin activa o semiactiva es el tiempo de respuesta. Cuanto menor sea ste, ms rpidamente ser capaz de reaccionar la suspensin ante una irregularidad del terreno, un frenazo o un giro brusco.

Las suspensiones activas estn compuestas de sistemas hidrulicos o neumticos, capaz de generar fuerzas para compensar el balanceo y el cabeceo del vehculo en superficies irregulares o en curvas. Una computadora se encarga de compilar los datos tomados por sensores distribuidos estratgicamente que envian las seales adecuadas a los actuadores para que estos funcionen en forma que se mantenga un nivel mximo de estabilidad.

Fig. 1 Suspensin InteligenteLa principal ventaja de la suspensin activa frente a la suspensin pasiva es que la suspensin activa permite un control de cada rueda independiente. Gracias a este control se consigue mayor adherencia del vehculo al terreno, con lo que se aumenta la seguridad en la conduccin.La principal desventaja de la suspensin activa es su elevado coste, principalmente para el control sobre altas frecuencias, cuya implementacin resulta demasiado cara, por lo que es inviable en vehculos de serie.

FUNCIONAMIENTOConocido tambien como CDC es una suspensin electrnica autoajustable o de tercera generacin que es capaz de adaptar al respuesta de los amortiguadores a un estado firme en cualquier modo de conduccin del usuario.En arranque: activando el aceleradorel auto sale del reposo y existe una tendencia a transferir el peso del auto a la parte trasera, esto ocasiona la perdida de traccin en la parte delantera, asi que la suspensin inteligente permite que los cilindros hidrulicos reccionen instantneamente empujando los resortes hacia abajo y bajando el frente de la maquina para evitar que las ruedas giren en falso.

Fig. 2 Arranque del vehiculoEn subida: cuando el auto esta inclinado hacia arriba existe la tendencia a transferiri el peso del equipo a la parte trasera de esta forma el terreno con sus irregularidades hace que las ruedas delanteras pierdan adherencia, asi el sistema de suspensin reacciona empujando contra el suelo la rueda o ruedas que giraran en falso al mismo tiempo que retrae la suspensin del lado opuesto para que no pierdan adherencia, asi el resultado es la adherencia de las dos ruedas con el suelo durante todo el tiempo de conduccin y mejor rendimiento del motor.

Fig. 3 Suspensin pasiva vs. Suspensin activa en subida

Los movimientos de curvas y terrenos irregulares funcionan al igual que de subida o arranque pero de manera constante es decir la suspensin activa adems de reaccionar de forma especifica ante cada situacin absorbe adems con eficiencia los impactos verticales y horizontales, evitando que sean transferidos al chasis, las barras y la cabina.

Fig. 4 Reaccin en curva, suspensin normal y una inteligente

PARTES Y DESCRIPCINExisten para este tipo de suspensin un sinnumero de elementos que son necesarios para el funcionamiento, sin embargo recordamos soloamente los que son ms importantes y especificos para su prctico estudio.

Fig. 5 Esquema de suspensin activaActuador (Amortiguacin).- Son dispositivos de electrnicos que sirven para activar la funcion de la bomba en relacin de la lectura que se genera a traves de los sensores de altura y presin.

Fig. 6 Accionador en color azulUnidad de control.- la unidad de control es el mecanismo electronico que recoge la informacin de las ruedas en el caso de ser independientes o la informacin de la traccin respectiva para promover todo el proceso de funcionabilidad de los actuadores y mantener la estabilidad y el confort en el vehiculo.

Fig. 7 Unidad de control para suspensinCapatadores de la carroceria.- Permiten calcular la altura en funcion de la distancia existente desde el punto de eje hasta al suelo en la misma latitud, y asi compensar en las otras ruedas con el correspondiente valor de cada uno de las otras ruedas.

Fig. 8 Captador o sensorBarra estabilizadora activa.- En este sistema se sustituye la barra estabilizadora convencional por una barra activa que est formada por dos semibarras conectadas entre s mediante un motor hidrulico. El efecto de esta barra es el de una barra estabilizadora que se puede ir endureciendo de forma progresiva, es decir si el motor hidrulico 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, acta ejerciendo la fuerza necesaria para unirlas formando una barra estabilizadora rgidaEn el caso de un obstculo o bache en la calzada, cuando el vehculo no circula en curva, las dos semibarras se mueven de forma independiente.

Fig. 9 Barra estabilizadora activaLos elementos que forman parte del sistema hidrulico son entrada de aire; Junta de estanqueidad; Tope de impacto; Tubo exterior; Tubo de trabajo; Gas a presin; Paso calibrado de aceite; Cmara de paso; Tubo intermedio; Pistn; Compuerta y el conjunto de elctrovlvula los cuales en funcin de la lectura de los sensores se ponen en marcha por razn de los accionadores o actuadores.

DIAGRAMAS Y TIPOSGeneralmente este sistema consiste en la sustitucin del muelle y el amortiguador por un accionador hidrulico que se encarga de ejercer las fuerzas de compensacin, tanto para la reposicin de la carrocera en el balanceo en curva y el control de balanceo en la frenada, como para aislar la carrocera de las irregularidades del terreno. En el esquema de la figura se muestra el funcionamiento.

Fig. 10 Esquema de suspensin activa de alta frecuencia

Este sistema est poco desarrollado y hoy en da todava no se comercializa en los vehculos de serie, debido al gran coste de implantacin y a que el consumo de energa es demasiado elevado.

Fig. 11 Esquematizacin principio de funcionamiento suspensin inteligente

SISTEMAS ABC Y SC.CAR

Sistema SC.CARTodos los sistemas de suspensin de Citron llevan instalados un sistema de suspensin neumtica. Cada rueda est conectada a un muelle neumtico, el cual tiene forma de esfera de acero presurizada. La esfera est llena de gas (nitrgeno) y de aceite separados por un diafragma de goma que se encuentra flotando. La presin del gas cuando no hay carga est entre 400 y 800 kPa. Cuando la rueda est cargada el aceite comprime al gas. Esto ocurre porque un pistn conectado a las ruedas desplaza el aceite. Entre el pistn y la esfera de gas se encuentra una vlvula amortiguadora.

La primera novedad que presenta el sistema SC.CAR, es la conexin de cada rueda a una bomba hidrulica de alta presin (mayor de 2500 kPa) que se mueve gracias al motor. Cada unidad tiene entre ella y la bomba una vlvula de control sensible a la altura.

Las vlvulas permiten que un fluido circule por esa unidad cuando detectan que la altura de marcha es demasiado baja, debido por ejemplo a un aumento de carga o a un pasajero extra. Cuando la carga se reduce, las vlvulas permiten el paso de un exceso de fluido, que en este caso retorna al tanque de reserva.

La capacidad de la bomba no tiene que ser muy elevada, se suele emplear la misma que la utilizada para proporcionar presin a los frenos.

Para una absorcin normal de las irregularidades del terreno y de la inercia producida por la carga el sistema opera como si la suspensin fuera neumtica simplemente. Ahora bien, para corregir errores de altura elevados y cambios en la carga esttica, entra en juego la parte activa del sistema. Esto permite que las frecuencias de la suspensin sean constantes.

Para evitar los problemas que aparecen al tomar una curva y los de cabeceo al frenar, el sistema SC.CAR ha desarrollado un sistema que reacciona tan rpidamente que es capaz de eliminar estos efectos. As se consigue una suave amortiguacin que favorece el confort de conduccin.

En el interior de la vlvula de control se encuentran tres elementos: la masa pendular, el amortiguador y el muelle secundario. Estos captan el movimiento de las ruedas, diferenciando si es debido a baches o a giros, para que la vlvula acte en consecuencia.

Fig. 12 Esquema sistema SC.CARSistema ABC

El Active Body Control es un sistema activo de suspensin y amortiguacin. De toda la parte portante esttica y dinmica se encargan cuatro patas telescpicas dispuestas en las ruedas. En cada pata telescpica hay un cilindro dinmicamente regulable (mbolo buzo) alineado con un muelle helicoidal y paralelo a un amortiguador. Los cilindros hidrulicos generan al desplazarse fuerzas que contrarrestan los movimientos de la rueda.

Fig. 13 Esquema patas telescpicas de eje delantero (40) y trasero (41)

El ABC incluye las siguientes funciones adicionales:

La variacin de nivel hace posible una operacin manual y automtica en funcin de la velocidad de subida / bajada del nivel del vehculo.

La regulacin de nivel controla, segn el respectivo estado de marcha y carga, el nivel del vehculo en los ejes delantero y trasero, mantenindolo constante.

El sistema ABC incluye un sistema hidrulico que se encarga de generar las fuerzas de compensacin, a travs de los cilindros hidrulicos.

Fig. 14 Disposicin de componentes hidrulicos

Posee tambin un sistema electrnico que ser el que se encargu de monitorizar las fuerzas de balanceo y realizar el clculo de las fuerzas de compensacin a aplicar por el sistema hidrulico.

Fig. 15 Disposicin de componentes electrnicos

Funcionamiento de la suspensin / amortiguacin

La suspensin y la amortiguacin en el sistema ABC es asumida, para los movimientos de la carrocera de baja frecuencia, (de hasta aproximadamente 5 Hz) por parte de un cilindro regulador hidrulico (cilindro de inmersin) en cada pata telescpica. Este cilindro regula adicionalmente el punto de pie del muelle helicoidal. De esta forma se reducen al mnimo los siguientes movimientos de la carrocera y se amortiguan ptimamente:

Movimientos en direccin vertical del eje del vehculo originados sobre todo por las irregularidades de la calzada.

Movimientos alrededor del eje transversal del vehculo (cabeceo) originados al frenar y acelerar, as como por ondulaciones de la calzada.

Movimientos alrededor del eje longitudinal del vehculo (balanceo) originados sobre todo por la circulacin en curvas y por una calzada desigualmente llana a izquierda y derecha.

Las oscilaciones de mayor frecuencia de las ruedas se aslan y amortiguan respecto a la carrocera, de forma convencional mediante elementos pasivos (muelles de acero y amortiguadores con un ajuste uniforme).

Fig. 16 Esquema del circuito hidrulico de presin

Como se puede ver en el esquema anterior se distinguen tres unidades de vlvulas diferenciadas correspondientes a los ejes delantero, trasero y la alimentacin de presin. Adems se pueden observar los circuitos de presin, de trabajo y regulacin, as como los circuitos de tuberas de admisin y retorno. El funcionamiento de estos conjuntos y sus componentes se explican ms adelante.

Regulacin del nivel: funcin

El sistema ABC es un sistema de suspensin con sustentacin integral. El sistema mantiene constante el nivel del vehculo estando en marcha el motor, independientemente de la carga. Para ello, la bomba de mbolos radiales suministra aceite a travs de las unidades de vlvula a las patas telescpicas, hasta que se ha ajustado el nivel del vehculo. El nivel del vehculo en los ejes delantero y trasero es registrado respectivamente mediante dos sensores de nivel y es transmitido a la unidad de control ABC: La regulacin del nivel en las distintas patas telescpicas tiene lugar mediante dos vlvulas reguladores respectivamente, en las unidades de vlvulas de los ejes delantero y trasero.

Funcin de despertador (duracin funcional aprox. 1 min.)

Con ayuda del mando a distancia, del interruptor de contacto de puerta o del interruptor de la iluminacin del maletero, se despierta la unidad de control ABC, para comprobar el nivel instantneo del vehculo y bajar, si es necesario el nivel del vehculo normal. No es posible una elevacin del vehculo.

Funcin en estado del vehculo Encendido CONECTADO

Funcin igual a la funcin de despertador, pero sin limitacin temporal.

Funcin normal (durante la marcha)

Al cargar el vehculo, los sensores de nivel reconocen el descenso del nivel de ste y lo transmiten a la unidad de control. Mediante la activacin de las vlvulas reguladoras se suministra continuamente aceite a las patas telescpicas de las correspondientes ruedas, hasta que el nivel del vehculo haya alcanzado su valor terico.

Al descargar el vehculo, las mismas vlvulas dejan pasar aceite a la conduccin de retorno.

Funcionamiento ulterior (duracin funcional aprox. 1min)

Tras Encendido DESCONECTADO la unidad de control registra las modificaciones de nivel, con el fin de poder regular ulteriormente (bajar) el nivel del vehculo en caso de un posible proceso de descarga (funcin igual a la funcin despertador).

Funcin, posicin de bloqueo

Si la unidad de control registra una descarga de todas las ruedas en estado parado del vehculo y del motor, se cierran entonces las vlvulas de bloqueo de las patas telescpicas. El vehculo permanece as en el nivel actual. Esto es necesario por ejemplo para el cambio de la rueda o en caso de trabajos de reparacin (plataforma elevadora).

La alimentacin de presin: funcionamiento

Durante el funcionamiento normal del vehculo, el sistema ABC funciona a presin entre 180 y 200 bares.

Para la alimentacin de presin se emplea una bomba de mbolos radiales (1 en figura 7). Al igual que la bomba de servodireccin, est accionada directamente por el motor, a travs de una transmisin de una sola correa.

Fig. 17 Disposicin de elementos de presin

El aceite hidrulico se aspira directamente del depsito de aceite (2). Una vlvula estranguladora de aspiracin (Y86/1), adosada a la bomba, regula el caudal de aspiracin y con ello la presin. La cantidad de aceite se determina conforme a la situacin de la marcha.

La bomba le enva el aceite a la unidad de vlvulas, alimentacin de presin (52). Un amortiguador de pulsaciones (52a) existente en la unidad de vlvulas compensa las vibraciones del sistema hidrulico. Una vlvula limitadora de presin existente en la unidad de vlvulas impide que la presin suba por encima de los 200 bares, los picos de presin son transmitidos directamente al reflujo, donde son disminuidos.

La presin del aceite del sistema es supervisada por el sensor de presin (B4/5). Despus de la unidad de vlvulas de la alimentacin de presin (52), la presin es transmitida a la unidad de vlvulas ABC para el eje delantero y eje trasero. Desde all, segn sea necesario, el aceite es enviado a los cilindros de ajuste en las patas telescpicas (40, 41 en figura 4). Dos acumuladores de presin aseguran la presin del sistema cuando existe mayor necesidad de aceite.

El aceite sobrante retorna a travs de las tuberas de reflujo pasando por un radiador de aceite (9), que se encarga de reducir la temperatura de ste, y un filtro de aceite (2a) hasta volver al depsito de aceite (2). Este ltimo suministra aceite para mantener el nivel entre un mximo y un mnimo. En el reflujo hay tambin un acumulador de reflujo para recibir el aceite que retorna y para rebajar los picos de presin. Un sensor de temperatura del aceite (B40/1) existente en el distribuidor del reflujo mide la temperatura del aceite. En ese mismo distribuidor existe un sistema de precarga que, cuando el motor est funcionando, asegura que en el reflujo haya presin mnima de 10 bares.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Desventajas

Para los casos de sistemas de ancho de banda de baja frecuencia tanto como en los de alta, se hace necesario energa para producir una fuerza de compensacin y dicha energa consumida suele ser demasiado elevada, por ello, la suspensin activa no es muy rentable en vehculos de serie.

La Delft University of Technology ha desarrollado un sistema que reduce el consumo de energa al mnimo posible denominado Delft Active Suspensin (DAS), este sistema, en comparacin con los sistemas ABC y SC.CAR antes descritos, vara en el sentido de desarrollo tecnolgico, pero no as en el concepto funcional de la suspensin activa.

La esencia de este nuevo sistema consiste en un muelle precargado que est conectado a la rueda y una palanca conectada al conjunto.

Fig. 18 Sistema DAS en funcionamiento

El coste del conjunto es un evidente problema. Hasta ahora este sistema se utilizaba comnmente en coches de frmula 1 y prototipos, donde los costes no eran lo ms importante. El problema es que en los coches en serie este elevado precio no atrae a suficiente mercado. Para disminuir el coste se han desarrollado actuadores y vlvulas de control mucho ms baratas. Se utilizan tambin amortiguadores especiales, equipados con un orificio variable que proporcionan una modulacin continua del rango de disipacin. Esto hace que sea innecesaria la introduccin de energa.

Otros problemas con los que nos podemos encontrar son que pueden llegar a ser muy ruidosos, y tienen un tamao excesivo, lo que lleva a una difcil colocacin. Ambos campos estn hoy en da en vas de desarrollo.

Ventajas

Las suspensiones activas permiten la no inclinacin del coche durante el giro en una curva, consiguiendo as que el conductor no pierda visibilidad y un mejor control del vehculo.

La capacidad de controlar el reparto de carga entre el eje delantero y trasero permite un mejor manejo del coche. Esto es posible debido a que el control de cada rueda es independiente, distribuyendo las fuerzas de compensacin necesarias a cada una de las ruedas y manteniendo el mismo nivel entre el eje delantero y trasero. Este efecto es especialmente necesario en situaciones crticas en la conduccin, en las que se necesita una seguridad en el control de la direccin. As mismo, gracias a que la carga est distribuida en las cuatro ruedas del coche. la tendencia a sobrevirar y a subvirar disminuye.

En los sistemas de suspensin pasiva es necesario la colocacin de unas barras estabilizadoras. Estas se encuentran montadas sobre el eje trasero y/o el delantero para evitar la tendencia del vehculo a inclinarse al tomar deprisa las curvas cerradas. Cuando se emplean los sistemas de suspensin activa, estas barras son innecesarias, ya que cada rueda es controlada individualmente. Esto permite una mejora en la conduccin cuando el vehculo se encuentra sujeto a excitaciones asimtricas.

Fig. 19 Efecto de barras estabilizadoras

La ausencia de inclinacin del coche proporciona al conductor ms informacin acerca del estado del vehculo. Las fuerzas laterales actan sobre

Otra ventaja es que el sistema activo permite una mejor adherencia de los neumticos a la carretera, mejorando as la maniobrabilidad y la seguridad. Lo que se consigue es reducir el deslizamiento.

Bibliografa

Recuperado de: www.vehicle.me.bekeley/edu.htm, el da 10 de Enero del 2015

Recuperado de: www.bath.ac.uk/enzcwwm/active.htm, el da 12 de Enero del 2015

Recuperado de: www.-tt.wbmt.tudelft.nl/vehicle/projects/das.htm, el da 11 de Enero del 2015

Recuperado de: www.ika.rwth-aachen.de/publikat/ph_ndt/ndt-e-95.htm, el da 13 de Enero del 2015

Descripcin del funcionamiento del control activo de la carrocera, Mercedes-Benz (DaimlerChrysler AG)

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