SEGURIDAD EN EL AUTOMOVIL
Seguridad Activa
En esta categoría encontramos las características técnicas que coadyuvan al dominio confiable del automóvil
1- EL SISTEMA DE FRENOS
El sistema de frenado constituye uno de los aspectos más importantes dentro del sistema de seguridad de un automóvil. En virtud de ello, los fabricantes dedican mucho tiempo al desarrollo y diseño de los sistemas de frenado. Buena prueba de ello es que hoy en día podemos encontrar coches de la talla del Audi S4, Mitsubishi Carisma Evo VI o Porche Carrera 4 capaces de pasar de 150 km/h a 0 en escasos 75 m y menos de 3½”. Cuando éstos ya han parado, un coche sin ABS se mueve aún a 50 km/h. Este tipo de coches son fruto de años de evolución de la industria automovilística y aplicar las características de los WRC (World Rally Car) a los turismos.
Los nuevos sistemas de ABS (sistema antibloqueo) llevan un sensor en cada rueda, que compara permanentemente el régimen (velocidad de giro) de cada una de ellas con el de las restantes. Dicho régimen puede ser diferente en cada rueda porque en curvas, terrenos deslizantes o en frenadas cada rueda tiene diferentes velocidades y/o superficies. (ver ESP.)
Los cuatro sensores están comunicados con una centralita de control. Si se reduce repentinamente el régimen de una sola rueda, la electrónica da aviso del riesgo de bloqueo, a raíz de lo cual se reduce de inmediato la presión hidráulica en el tubo de freno en cuestión, para aumentar a continuación otra vez hasta escasamente debajo del límite de bloqueo. Este ciclo se desarrolla varias veces por segundo, sujeto a vigilancia y regulación electrónicas durante toda la operación de frenado. Resultado: el vehículo sigue direccionable y su huella sigue estable incluso al frenar indistintamente del agarre o patinaje que ofrezca el pavimento. En cambio, no necesariamente se acorta el recorrido de frenado. Este sistema esta vigente en los turismos de la gama más alta y opcionalmente desde Junio del 1980, actualmente este sistema podemos encontrarlo de serie en todos los vehículos de gama media y opcionalmente por 80.000pts en los de gama baja.
2- SISTEMA DE DIRECCIÓN
Una dirección precisa representa una de las condiciones más importantes para la conducción segura. Pero la precisión también exige una resistencia perceptible de la dirección y suficiente fuerza de retrogiro, de modo que el conductor obtenga la sensación más directa posible acerca de las condiciones del pavimento y la marcha. Una servodirección (dirección asistida) demasiado confortable, que se deje mover con un solo dedo a cualquier velocidad de marcha, puede conducir a situaciones de extremo peligro. Por otra parte, las fuerzas de direccionamiento al aparcar y acomodar el coche deben ser lo más reducidas posibles.
Los fabricantes tras años de investigación desarrollaron un sistema capaz de regular la servoasistencia* en función del régimen, lo cual se traduce en maniobras de aparcamiento más suaves con regímenes bajos de motor, pero redireccionamiento exacto en regímenes altos.
* La asistencia de la dirección (“el giro del volante”) es adaptada según la velocidad de marcha. A velocidades bajas (aparcamiento), el volante va más suave que a velocidades altas para conseguir una dirección más precisa. El sistema funciona mediante un desmultiplicador de las vueltas del volante, el cual esta controlado por una centralita que regula la fuerza necesaria según la velocidad.
3 - SISTEMA ELECTRÓNICO DE ESTABILIDAD
ESP, ESC, DSC, VDC, VSA y VSC son las siglas comerciales del control electrónico de estabilidad, uno de los avances tecnológicos en materia de seguridad activa más importantes de los últimos tiempos. Su función es conseguir que el vehículo se mantenga en la trayectoria marcada por el conductor con el volante, reduciendo en buena medida los siniestros viales derivados de un derrape.El control de estabilidad compara la trayectoria marcada por el conductor con la trayectoria real del vehículo, analiza también la velocidad de giro de las ruedas e interviene actuando sobre ellas para redirigir el vehículo. Normalmente esta actuación se produce mediante el frenado selectivo de las ruedas, usando elementos comunes con el ABS.
¿Cómo funciona el ESP?
Un ESP está compuesto por una unidad de control electrónico (UCE), unos actuadores situados en el sistema de frenado y un conjunto de sensores:
Sensor de ángulo de dirección, que desde la columna de la dirección informa sobre el movimiento del volante.
Sensores de velocidad de giro, comunes al ABS, que situados en las ruedas informan sobre eventuales bloqueos.
Sensor de ángulo de giro y aceleración transversal, que informa del comportamiento real del vehículo.
La UCE compara a un ritmo de unas 25 veces por segundo las informaciones que le llegan de los sensores. Si en un momento dado la información sobre el comportamiento real del vehículo no coincide con la información del giro deseado, el ESP detecta que estamos en una situación de riesgo e interviene frenando la rueda más conveniente para que el vehículo recupere la trayectoria o, en determinados casos, restando par motor para lograr el mismo efecto.
El ESP es un sistema electrónico que corrige las pérdidas de trayectoria provocadas por un excesivo subviraje o sobreviraje (ver apartadofuncionamiento), actuando sobre los frenos de manera discriminada -independientemente en cada rueda, o bien actuando sobre la alimentación para evitar un exceso de aceleración. Para ello se toma como base toda la infraestructura del ABS y del control de tracción a lo que se añaden como elementos específicos una serie de mecanismos de medición y unos actuadores unidos a una centralita de control específica.
Este sistema representa sin duda alguna el avance más importante en cuanto a seguridad activa en los últimos veinte años, pero que nadie piense que es una patente de seguridad porque cuando se superan los límites físicos, con ESP o sin él, el accidente es inevitable.
Funcionamiento
El principio de funcionamiento se basa en el sistema de giro utilizado por un vehículo oruga. Si el coche subvirá, porque se exige más giro de la adherencia existente en el tren delantero, se frena la rueda interior -para ayudar a cerrar la trayectoria- del tren trasero, que no desliza porque todavía tiene adherencia. Si el coche sobrevira porque falta de adherencia en el tren trasero, el sistema frena la rueda exterior -para abrir la trayectoria- delantera, que todavía conserva la adherencia.
Todo el sistema esta controlado por una centralita que compara el ángulo de giro del volante con el de giro real del vehículo sobre su propio eje. Si los valores no concuerdan, actúa sobre el freno (delantero o trasero depende si es subviraje o sobreviraje), lo que produce inmediatamente un efecto de rotación sobre el vehículo que le ayuda a girar. En ambos casos se consigue estabilizar el vehículo sobre la base de la trayectoria inducida por el volante. Si el conductor frena, se produce el mismo efecto aligerando la potencia de frenado individualmente en alguna de las ruedas. La centralita como también ha recibido información sobre la velocidad, llegado el caso, actúa sobre la inyección cortando el flujo de combustible y evitando que el conductor pueda aumentar la velocidad al actuar sobre el acelerador.
Conclusiones del ESP
- El sistema no permite sobrepasar las leyes físicas. La velocidad de paso en curva no la determina el ESP sino el peso, la suspensión, los neumáticos y el correcto estado de todos estos elementos.
- No «arregla» diseños deficientes de la suspensión, aunque permite alcanzar los límites de éstos con mayor tranquilidad.
- En curva es imprescindible que el conductor ajuste la velocidad de entrada; a partir de ahí, incluso con el gas a fondo el sistema se encarga de mantener la trayectoria inducida por el volante limitando automáticamente la velocidad si ésta se eleva por encima del límite de adherencia.
- La prioridad del sistema es la seguridad, por lo que en la mayoría de los casos la velocidad de paso en curva y, sobre todo, la de salida es más lenta con el ESP conectado. La de entrada la determina el conductor.
- Es fundamental que neumáticos, presiones, amortiguadores y cotas de suspensión estén en perfectas condiciones para que la eficacia del ESP sea óptima.
- Es importante vencer la tentación de iniciar contravolantes o gestos bruscos de dirección para corregir trayectorias, eso ya lo hace el ESP. La máxima eficacia se obtiene dirigiendo las ruedas delanteras hacia donde queremos ir.
- Se trata sólo de una ayuda a la conducción, no lo «arregla» todo. No debemos caer en un exceso de confianza que nos lleve a tomar riesgos que no tomaríamos sin ESP.
Historia del ESP
Robert Collin es un periodista sueco en cuya tarjeta de visita figura la caricatura de un alce con cara de pocos amigos, que, tocado con un sombrero y la tarjeta típica con la mención “Press”, avanza a la carrera empuñando una pluma como si fuera una lanza. Collins fue el probador que volcó un Mercedes Clase A haciendo el test del alce que consiste en un giro a la izquierda y otro a la derecha en muy poco tiempo y a gran velocidad (Noviembre'97). Hoy su relación con la marca alemana es de todo menos cordial.
Aquella prueba ocasionó unos gastos millonarios a Daimler Benz para lavar la imagen de su Clase A. Mercedes no se anduvo con chiquitas y, entre otras mejoras, introdujo en serie sobre su pequeño modelo el Control Electrónico de Estabilidad de Bosch, (Mayo'98).
Este sistema puede considerarse el más revolucionario de los últimos veinte años en lo que a seguridad activa se refiere. La nueva Clase A iba a ser el detonante para que Ferdinand Piëch, presidente del Grupo VW, anunciara que el Golf también lo incorporaría. Su coche no iba a ser menos, aunque, pasada la fiebre inicial del efecto alce, el Golf no dispondría de ESP hasta mediados del año siguiente.
Lo cierto es que el problema de la Clase A desencadenó la fiebre de los controles electrónicos de estabilidad. Buen número de fabricantes ampliaron su oferta hacia modelos de gamas medias y bajas, cuando en un principio era algo reservado a modelos de altas prestaciones. La ventaja de los ESP es que aprovechan toda la instalación del ABS y eso permitirá abaratar sus precios. Por otra parte, este sistema debería hacerse acreedor de algún tipo de subvención. Las compañías de seguros están interesadas -después de los propios usuarios- en que el mayor número posible de automóviles lleven ESP.
Prueba de Funcionamiento del ESP nº1: Manejabilidad sobre mojado.
El circuito trazado de 400m ha supuesto una dura prueba de agilidad y habilidad para vehículos y conductores. La baja adherencia disponible -simula asfalto muy mojado- no permite ningún error que no se pague, como mínimo frente al cronómetro. Los resultados obtenidos demuestran que en términos de rapidez absoluta, un buen conductor, debidamente entrenado y en un tiempo inferior con ESP desconectado que con él activo. Sin embargo, durante los ejercicios sin ESP se produjeron no menos de dos trompos, además de cinco o seis errores de conducción que costarían más de dos segundos por vuelta.
Con ESP conectado se ponen de manifiesto dos extremos. Por una parte, los tiempos absolutos por vuelta resultan ligeramente más lentos aunque en el cómputo general la uniformidad de las tres vueltas efectuadas permiten un tiempo total muy cercano, en ocasiones, más rápido que con el sistema desconectado. No se producen pérdidas dramáticas de trayectoria y la conducción es mucho más relajada.
En bajas condiciones de adherencia, la ausencia de ESP requiere de ciertas habilidades.
Las perdidas de trayectoria con una tracción delantera son menos exigentes para el conductor.
Prueba Funcionamiento del ESP nº2: Curva de doble radio.
En este tipo de terreno lo más difícil de efectuar para el coche es el cambio de trayectoria cuando ya está en pleno apoyo Una vez más, el conductor, sin auxilio del ESP, es capaz, con un par de pasadas de entrenamiento, de solventar la situación sin demasiada dificultad y a una velocidad ligeramente superior que con ESP.
En este ejercicio el ESP frena ostensiblemente el coche cuando se intenta cerrar la trayectoria para evitar el subviraje reduciendo la velocidad paso. Otra particularidad que se pone de manifiesto es que, sobre firme deslizante, esa frenada inducida por el ESP no permite disponer de suficiente adherencia lateral, con lo que la trayectoria se abre más de lo deseado y no en todas las ocasiones se puede esquivar el último cono de referencia.
Lógicamente los modelos más pesados son los que presentan mayores problemas para trazar por la línea correcta, resultando además los que muestran la velocidad de paso más lenta. La actuación del ESP sobre los frenos es notablemente perceptible por el conductor. En todos los casos se le «oye» trabajar duro durante bastantes segundos para equilibrar la estabilidad y mantener la trayectoria elegida.
El peso es inversamente proporcional a la eficacia en las curvas de doble radio, la inercia es muy alta.
El tren posterior de los modelos más ágiles es una ayuda en el viraje más cerrado.
Prueba Funcionamiento del ESP nº3: Esquivar sobre hielo.
La esquiva de un obstáculo sobre piso muy deslizante es una de las maniobras más difíciles de efectuar y bastante común en el congestionado tráfico de nuestras carreteras. Inicialmente efectuamos el ejercicio empezando con una fuerte frenada en línea recta para llevar a cabo la esquiva posteriormente y soltando el freno por completo. Las variaciones de velocidad medidas nos llevaron a mantener una velocidad de entrada más constante, lo cual permite uniformizar la velocidad aunque curiosamente no los resultados. La velocidad de accionamiento del volante y la inconsciente trazada lleva a resultados variados.
El denominador común en este ejercicio es que el ESP, trabajando a tope consigue que efectuemos una «S» bastante neta aunque en pocas ocasiones consigue que lo hagamos dentro de los estrechos límites establecidos. Sin él, las esquivas son más erráticas, no se consigue efectuar la segunda parte de la ese y el coche se desestabiliza mucho más. Un dato sorprendente habida cuenta de las diferencias de tamaño y peso: la diferencia de velocidad de paso entre el modelo más rápido y el más lento es de tan sólo 3 km./h.
Incluso en condiciones tan desfavorables el ESP es capaz de hacer recuperar la trayectoria correcta.
El brusco giro inicial hace trabajar al sistema desde la misma fase de entrada.
Prueba Funcionamiento del ESP nº4: Encadenamiento de curvas.
La dificultad más notable de esta situación está en la aleatoriedad de las reacciones del vehículo, sumamente sensibles a la velocidad de entrada, al trazado y a la brusquedad de accionamiento del volante. A lo largo de las distintas repeticiones efectuadas apenas se consiguieron reproducir dos efectos iguales. La situación de la «placa de hielo» o encharcamiento profundo a la salida de la curva, presenta una seria dificultad para mantener la trayectoria.
Independientemente del tipo de transmisión con el ESP desconectado, los efectos del hielo en la estabilidad de los vehículos son demoledores. Desde un fuerte subviraje hasta un violento «latigazo», de la parte trasera, se pasa por toda la gama de situaciones, ninguna de ellas tranquilizadoras. En estas condiciones el concurso del ESP es definitivo. En la inmensa mayoría de las ocasiones el sistema se encarga de encarrilar al vehículo en el trazado correcto sin aparentes dificultades, aunque con una intervención bastante elocuente en todos los casos, a juzgar por los ruidos que se perciben en el habitáculo y por el insistente parpadeo del testigo de turno en el salpicadero. Es el único ejercicio en el que ni siquiera el entrenamiento de sucesivas pasadas permite al conductor prevenir las reacciones a la salida y tan sólo puede intentar atajar sobre la marcha con fortuna y habilidad los bandazos que se producen.
La aleatoriedad de reacciones sin ESP en el hielo se uniformizan al conectar el sistema.
Las mediciones demuestran que una variación de velocidad de tan solo 3Km/h puede ser fatal.
5 - SISTEMA DE SUSPENSION
La suspensión de un automóvil tiene como objetivo el absorber las desigualdades del terreno sobre el que se desplaza, a la vez que mantiene las ruedas en contacto con el pavimento, proporcionando a los pasajeros un adecuado confort y seguridad en marcha y protegiendo la carga y las piezas del automóvil, también evitar una inclinación excesiva de la carrocería durante los virajes, inclinación excesiva en la parte delantera durante el frenado.
Las características del manejo de un automóvil dependen del chasis y del diseño de la suspensión. En un extremo se encuentra la suspensión diseñada para proporcionar un suave desplazamiento encontrado en automóviles de lujo, en el otro extremo se encuentra la suspensión diseñada para proporcionar un desplazamiento firme y tenso como la suspensión de un automóvil de carreras.
La gran mayoría de automóviles de motor poseen suspensiones que proporcionan un desplazamiento entre los discos extremos.
En el diseño de la suspensión del automóvil la diferencia entre el peso amortiguado y el no-amortiguado es importante. El peso amortiguado es la totalidad del peso que se soporta por los muelles del automóvil, lo cual incluye la carrocería, estructura, motor, componentes de transmisión y todos lo que estos contienen.
El peso no amortiguado es el de las partes entre los muelles y la superficie del camino, lo cual incluye llantas, ruedas, frenos, partes de la dirección y montaje del eje trasero.
El sistema esta compuesto por un elemento flexible (muelle de resorte (ballesta) helicoidal, barra de torsión, estabilizador, muelle de caucho, gas o aire, etc. Y un elemento de amortiguación, cuya misión es neutralizar las oscilaciones del amasa suspendida originada por el elemento flexible al adaptarse a las irregularidades del terreno.
Los elementos más comunes encontrados en los sistemas de suspensión son:
- BRAZOS DE CONTROL: conectan la articulación de la dirección, eje de la rueda, con la carrocería o chasis. Los brazos oscilan en ambos extremos, permitiendo movimientos hacia arriba y hacia abajo. Los extremos exteriores permiten acción oscilatoria para la conducción.
- ARTICULACION DE LA DIRECCION: forma del eje muñón o eje de rueda para soporte del cojinete y de la rueda.
- BUJES DE HULE: los bujes torsionales de caucho permiten la acción oscilatoria hacia arriba y hacia abajo, de los brazos de control.
- ROTULAS: permiten la acción oscilatoria entre el extremo de los brazos de control, para el movimiento de la suspensión hacia arriba y hacia abajo para la acción de viraje del automóvil
- RESORTES: soportan el peso del automóvil. La flexión de los resortes en compresión y la extensión permite que las ruedas se muevan hacia arriba y hacia abajo para amortiguar la conducción
- AMORTIGUADORES: amortiguan la acción de los resortes, impidiendo que la suspensión tenga una acción prolongada hacia arriba y hacia abajo.
INDEPENDIENTE
Una suspensión independiente consiste en que cada rueda esta conectada al automóvil de forma separada con las otras ruedas, lo cual permite que cada rueda se mueva hacia arriba y hacia abajo sin afectar la rueda del lado opuesto. La suspensión independiente se puede utilizar en las cuatro ruedas.
NO INDEPENDIENTE
En una suspensión no independiente las ruedas izquierda y derecha están conectadas al mismo eje sólido. Cuando una rueda se mueve hacia arriba o hacia abajo, hace que la rueda del lado opuesto se incline en su parte superior hacia afuera o hacia adentro. Normalmente es utilizada en la parte trasera de algunos automóviles con tracción trasera y en algunos automóviles en la parte delantera con tracción de cuatro ruedas.
SEMI-INDEPENDIENTE
Es utilizada en algunos automóviles de tracción delantera, lo cual permite un movimiento independiente limitado de cada rueda, al transmitir una acción de torsión al eje sólido de conexión.
RESORTES EN ESPIRAL
Lo resortes en espiral son los mas utilizados en los automóviles actuales, se emplean tanto en la suspensión delantera como la trasera. Un resorte en espiral es una varilla de acero enrollada. La presión requerida para comprimir el resorte es el coeficiente del resorte. El coeficiente del resorte es calculado para hacerlo compatible con cada automóvil; en algunos casos esto es distinto de derecha a izquierda. Los resortes en espiral de coeficiente variable proporcionando tasas distintas de compresión de resorte.
Los resortes se clasifican en función de la deflexión bajo una carga dad, la ley de Hook indica que una fuerza aplicada a un resorte hace que este se comprima en proporción directa a la fuerza aplicada. Al retirarse la fuerza, el resorte regresa a su posición original, en caso que no sea sobrecargado. Los automóviles más pesados requieren resortes más duros. Los resortes están diseñados para soportar en forma adecuada la carga y proporcionar al mismo tiempo una conducción suave y blanda como sea posible.
MUELLES DE HOJA
La mayor parte de muelles de hoja están fabricados en placas de acero. Se utilizan muelles de una o varias hojas, en algunos casos como en la parte delantera como la trasera. Actualmente son utilizados exclusivamente en la parte trasera de automóviles y camiones ligeros.
Unos muelles de una sola hoja son del tipo de placa de acero de espesor variable, con una sección central gruesa y delgada hacia ambos lados, lo cual permite un coeficiente de resorte variable para una conducción suave y una buena capacidad de soporte de carga. Un muelle de varias hojas posee una hoja principal con las terminales en cada extremo y varias hojas sucesivas mas cortas unidas mediante un perno central o abrazadera.
El perno central o abrazadera se ajusta al eje, lo cual impide movimiento hacia delante i hacia atrás del eje, conservándolo alineado. En algunos casos se utilizan tacones o grapadas entre las hojas con el fin de reducir el desgaste, fricción y el ruido. Los muelles de las hojas poseen un ojo en cada extremo para fijarse con el chasis o bastidor.
BARRA DE TORSION
La barra de torsión esta sujeta al bastidor y se conecta indirectamente con la rueda. En algunos casos el extremo trasero de la barra esta fijo al chasis y el delantero al brazo de control de la suspensión, que actúa como palanca; al moverse verticalmente la rueda, la barra se tuerce. Las barras de torsión pueden estar montadas longitudinalmente o transversalmente. Las barras de torsión están hechas de una aleación tratada por calor para el acero, durante la manufactura son precisamente estiradas para darles una resistencia contra la fatiga.
RESORTE DE AIRE
La membrana de resorte de aire esta fabricada de compuesto plástico o caucho sintético. Se trata de un cilindro de aire con una placa de montaje. El montaje inferior se mueve hacia arriba dentro del cilindro conforme se comprime el aire en el mismo-
CAUCHO
Lo cauchos se utilizan entre los brazos de control, los protectores, los estabilizadores y los amortiguadores. Ayuda a absorber los golpes de la carretera, permiten algún movimiento y reducen el ruido.
BRAZOS DE CONTROL
Son los acoplamientos que conectan la articulación de la dirección, la punta del eje de la rueda con el chasis o la carrocería durante el movimiento hacia arriba y hacia abajo. Están construidas en acero estampado, forjado o de aluminio forjado. Los brazos de control lateralmente angostos requieren de una varilla de refuerzo para mantener el control de la rueda hacia delante o hacia atrás.
Si los brazos de control superior e inferior poseen igual longitud. La rueda sigue perpendicular al camino, al pasar por un obstáculo, pero se mueve ligeramente hacia adentro, o cual reduce la distancia de las ruedas delanteras, altera la dirección y producen mayor desgaste de las llantas. En caso que el brazo superior sea mas corto del inferior, la rueda se inclina hacia adentro, al subir la distancia entre las ruedas no cambia, lo cual produce más control y menos desgaste de las llantas.
Los bujes de los brazos de control están colocados a presión o atornillados en los extremos interiores de los brazos, permitiendo el movimiento oscilatorio del brazo sobre el eje o sobre un perno fijo en el chasis.
La gran mayoría de bujes son de tipo de caucho torsional. De acuerdo el brazo se mueve hacia arriba o hacia abajo, se deforma el caucho que hay dentro de las corazas de los bujes interiores y exteriores, eliminando la fricción entre las partes de metal.
ROTULAS
La rotula sobre el brazo de control con el muelle de la suspensión se denomina articulación de bola de transporte de peso.
Cuando la unión de la dirección se conecta a la dirección por encima del brazo de control se denomina articulación de bola de tensión. Esta en tensión por que el peso del automóvil trata de empujar la rotula desde el nudillo.
Cuando el brazo de control esta arriba del nudillo de la dirección, empuja la rotula hacia la unión. Lo cual comprime la coyuntura de bola y por ello se le denomina articulación de bola de compresión.
La rotula sobre el brazo de control no cargado se precarga porque no transporta peso. La articulación se precarga con un disco elastometrico o con un resorte de metal. La articulación se denomina articulación de bola precargada o de fricción. La precarga es lo suficientemente grande para mantener la bola asentada durante los cambios en las cargas en las carreteras ásperas, en los desplazos laterales y en los altos de emergencia.
VARILLA DE TENSION
La varilla de tensión impide que el extremo exterior de un brazo de control se mueva hacia delante o hacia atrás, un extremo esta fijo al chasis y el otro extremo al brazo de control en un Angulo de control aproximado de 45º.
Los bujes de caucho en la parte delantera de la varilla de tensión proporcionan amortiguamiento por los golpes en la varilla de tensión.
BARRA ESTABILIADORA
Una barra inclinada o barra estabilizadora se usa en la suspensión delantera de muchos vehículos y en algunas suspensiones traseras, la barra estabilizadora es una varilla en forma de U y en cada uno de los extremos conectada a los brazos de control inferiores a través de montajes de caucho. En las curvas la fuerza centrifuga transfiere parte del peso del automóvil a las ruedas exteriores. En caso que posean suspensión independiente no se puede contrarrestar la tendencia del automóvil a inclinarse hacia el extremo de la curva.
Para reducir este efecto, los brazos de control izquierdo y derecho se conectan a una barra estabilizadora, la cual es en esencia una barra de torsión transversal, que cuando se inclina el automóvil, se tuerce para resistir el movimiento y mantener más nivelado el automóvil.
El peso del automóvil que descansa sobre un muelle sin amortiguador continua sacudiéndose hacia arriba y hacia abajo después de una sacudida. El sacudimiento se detendrá gradualmente por la fricción en el sistema de suspensión.
Los muelles es espiral de una sola hoja y las barras de torsión poseen muy poca fricción y los muelles de hojas múltiples ayuda a detener el sacudimiento con mayor rapidez. Un automóvil bajo sacudimiento es muy difícil de controlar, por que el peso efectivo sobre las llantas cambia de forma permanente.
Los amortiguadores se instalan sobre un sistema de suspensión para detener rápidamente el sacudimiento natural de los muelles del automóvil, lo cual mejora el desplazamiento, control y manejo. El muelle controla el peso del automóvil y el amortiguador controla el sacudimiento o la oscilación.
Un amortiguador es básicamente un cilindro con un pistón que se mueve dentro de el. El pistón posee unas aberturas u orificios internos.
El liquido o fluido hidráulico es empujado a través de los orificios a medida que el pistón se mueve dentro del cilindro. Lo cual permite al fluido hidráulico que entre en la cámara de compresión y la cámara de rebote.
Hay un tubo de reserva alrededor de la parte externa del cilindro de aplicación en la mayoría de amortiguadores. Una válvula de toma de compresión ente el cilindro de aplicación y la cámara de reserva controla el flujo de fluido hidráulico entre ellos. El pistón es empujado hacia abajo dentro del cilindro durante la compresión y hacia arriba durante el rebote.
La energía absorbida por el amortiguador se convierte en calor, el cual calienta el fluido hidráulico. El calor pasa a través del compartimiento y se dirige hacia el aire alrededor del amortiguador. El control de fluido hidráulico durante la compresión y el rebote usa las aberturas de los orificios y las válvulas de disco.
El flujo de fluido hidráulico en una dirección asienta el disco para restringir el flujo. El flujo en dirección reversa levanta la válvula desde su asiento y permite que se desplace el fluido hidráulico a través de la abertura.
Debido a que las válvulas son de flujo más que de presión, las fuerzas de presión del amortiguador cambian a media que se cambia la tasa de aplicación del amortiguador, por lo tanto entre mas rápido se aplique el amortiguador, mas fuerza de control tendrá.
Durante la extensión el amortiguador, el fluido hidráulico queda atrapado arriba del pistón en la cámara de rebote pasa a traces de la abertura del pistón a la cámara de compresión. La varilla del pistón toma el lugar del fluido hidráulico en la cámara de rebote y debido a que en la cámara de compresión no hay varilla, durante la extensión algo de fluido hidráulico debe desplazarse de la cámara de reserva a la cámara de compresión, compensando la cantidad de reserva desplazado por la varilla.
Durante la compresión ocurre un flujo del fluido hidráulico de reserva hacia ambas cámaras. La presión acumulada en la cámara de compresión abre la válvula de compresión, permitiendo que el fluido hidráulico se desplace hacia la cámara de reserva.
La reserva de fluido hidráulico alrededor del cilindro de aplicación del amortiguador no se encuentra llena de fluido hidráulico, el aire llena el espacio por arriba del fluido hidráulico en los amortiguadores estándar. El fluido hidráulico tiene turbulencia a medida que es forzado para que fluya hacia adentro y hacia fuera de la reserva a través de un orificio pequeño. La turbulencia causa que el aire de la reserva se mezcle con el fluido hidráulico del amortiguador.
El mezclado causa que se formen burbujas de aire en el fluido hidráulico. Lo cual se denomina aireación. La aireación reduce la viscosidad del fluido hidráulico para disminuir la cantidad de control del amortiguador.
En los caminos ásperos, los amortiguadores operan con mayor intensidad y causa que el aire se mezcle con el fluido hidráulico mas rápido de lo que puede escaparse.
AMORTIGUADORES DE GAS
Los amortiguadores de gas funcionan bajo los mismos principios que los amortiguadores hidráulicos. Una cámara en el amortiguador esta cargada de nitrógeno, el cual mantiene una presión constante sobre el fluido hidráulico que hay en el amortiguador, con el fin de evitar la aireación del fluido hidráulico durante los movimientos rápidos de la suspensión. El rendimiento del amortiguador mejora cuando no existen burbujas de aire en el fluido hidráulico.
AMORTIGUADORES DE AIRE A PRESION
Los amortiguadores de aire a presión son básicamente iguales a los amortiguadores hidráulicos. Las secciones superior e inferior están selladas mediante un diafragma de noeprofeno a fin de formar un cilindro de aire. Mediante un compresor de aire controlado electrónicamente la presión en el cilindro es mantenida entre aproximadamente 10 y 32 psi. Una tubería con su conector proporciona presión de aire al amortiguador. De acuerdo aumenta la carga del automóvil, los censores de altura señalan a la unidad de control electrónica, para que active el control del compresor y así aumentar la presión de aire en los amortiguadores, el sistema esta diseñado para diferentes cargas y mantener en forma automática la altura del automóvil.
AMORTIGUADORES AJUSTABLES
Los amortiguadores ajustables proporcionan una conducción firme, mediana o suave. Al ajustar el amortiguador se modifica el ajustable de las válvulas internas.
Un flujo mayor de fluido hidráulico entre las cámaras permite un amortiguador más suave, un flujo restringido da como resultado un amortiguador mas firme.
Algunos amortiguadores se ajustan en forma manual, al girar una perilla de ajuste o el cuerpo del amortiguador controlado eléctrica o electrónicamente se utiliza un solenoide eléctrico.
La articulación de la suspensión delantera es mucho más compleja que la de la suspensión trasera.
Las suspensiones delanteras de todos los carros actuales son independientes. Lo cual significa que cada rueda delantera esta conectada por separado al chasis. Permitiendo que las ruedas reacciones independientemente con las irregularidades del camino.
Las suspensiones delanteras de todos los carros actuales son independientes. Lo cual significa que cada rueda delantera esta conectada por separado al chasis. Permitiendo que las ruedas reaccionen independientemente con las irregularidades del camino.
En la gran mayoría de automóviles actuales se utiliza la suspensión por pierna. Puede ser instalada adelante o atrás. Se conforma de un solo brazo de control inferior, un ensamble de pierna (tirante tubular), amortiguador y un resorte.
El brazo de control esta fijo a través de rotulas al chasis y a la parte inferior de la pierna. La parte superior esta sujeta a una sección reforzada de la carrocería.
La pierna modificada tiene un amortiguador de tipo pierna espiral ubicado en el brazo de control inferior y el chasis. La suspensión de pierna utiliza un cilindro de aire en la parte superior de la pierna en forma de resorte.
La suspensión de brazo largo y corto tiene en cada rueda un brazo de control superior y un brazo de control inferior. Los brazos están fijos al chasis en el extremo interior del brazo mediante bujes que permiten el movimiento vertical de los extremos exteriores de los brazos.
Los brazos están fijos, mediante rotulas a una articulación de la dirección. Las rotulas permiten que la punta del eje de la rueda se mueva hacia arriba o hacia abajo, así como girar a la izquierda como a la derecha. La desigualdad de longitud de los brazos hace que en la parte superior de la rueda se mueva hacia adentro y hacia fuera con el movimiento de suspensión, impidiendo que la llanta resbale o ruede lateralmente en la parte inferior, donde esta en contacto con la superficie del camino.
Cada rueda puede moverse hacia arriba y hacia abajo en forma independiente. En la suspensión de brazo largo y corto, el resorte en espiral puede colocarse entre el chasis y el brazo de control inferior o parte superior del brazo de control superior.
La suspensión de doble viga en I es una forma de suspensión semi-independiente. Son utilizadas dos vigas en I, para cada una de las ruedas, la cual esta fija a un lado del chasis y se extiende hasta la punta del eje y a la rueda del otro costado. El extremo de la rueda viga I se mueve hacia arriba y hacia abajo y gira en el otro extremo. Este tipo de suspensión es utilizado en algunas camionetas livianas. En automóviles de tracción delantera, la función de la doble viga en I se consigue en la parte delantera mediante dos vigas de eje de acero, una de las cuales posee el diferencial.
La suspensión trasera esta diseñada para proporcionar comodidad en el manejo, mantener en contacto las ruedas con el camino; aunque tiene mucho en común con la suspensión delantera, difiere en diseño y disposición. El muelle de hojas absorbe la fuerza de torsión del eje trasero durante la aceleración y el frenado.
La fuerza de torsión de tiende a torcer el comportamiento del eje, el cual, a su vez trata de torcer el muelle. Esta acción se denomina enrollado se reduce con una sección corta y dura del muelle hacia delante. La fuerza de torsión y las cargas del freno absorbidas durante la aceleración y el frenado tratan de torcer el muelle de hojas.
La torsión del tren propulsor y las fuerzas de frenado pueden torcer los muelles.
Para evitarlo, el eje o funda del eje se monta adelante del centro del muelle, con un amortiguador colocado adelante y atrás.
La estabilidad de la suspensión trasera se mejora montando brazos de control que oscilan entre eje o funda del eje y el chasis, y un brazo de control en diagonal, llamado tensor, tirante o varilla de tensión.
Los resortes absorben los impactos del camino y soportan el peso del automóvil; la posición y estabilidad del eje se logran con brazos de control colocados entre la carrocería o el chasis y el eje o funda del eje.
En los automóviles con tracción delantera la torcion del motor no se transmite a la suspensión trasera. Muchos automóviles poseen eje de viga flexible, que son un tipo de suspensión trasera semi-independiente.
Los sistemas de suspensión trasera con tracción delantera incluyen suspensión de pierna independiente, suspensión no independiente de eje sólido, suspensión semi – independiente de torsión de los brazos colgantes, suspensión independiente de formas A
6 - NEUMATICOS
TIPOS DE NEUMATICOS
Por su construcción existen tres tipos de neumáticos:
- Diagonales: en su construcción las distintas capas de material se colocan de forma diagonal, unas sobre otras.
- Radiales o con radios: en esta construcción las capas de material se colocan unas sobre otras en línea recta, sin sesgo. Este sistema permite dotar de mayor estabilidad y resistencia a la cubierta.
- Autoportante: en esta construcción las capas de material se colocan unas sobre otras en línea recta, sin sesgo, también en los flancos. Este sistema permite dotar de mayor resistencia a la cubierta aunque es menos confortable por ser más rígida, se usa en vehículos deportivos y tiene la ventaja de poder rodar sin presión de aire a una velocidad limitada, sin perder su forma.
Igualmente y según su uso de cámara tenemos:
- Neumáticos tubetype ( TL ): aquellos que usan cámara y una llanta específica para ello. No pueden montarse sin cámara. Se usan en algunos 4x4, y vehículos agrícolas.
- Neumáticos tubeless o sin cámara: estos neumáticos no emplean cámara. Para evitar la pérdida de aire tienen una parte en el interior del neumático llamada talón que, como tiene unos aros de acero en su interior, evitan que se salga de la llanta. La llanta debe ser específica para estos neumáticos. Se emplea prácticamente en todos los vehículos.
- ruedas semi-neumáticas: son neumáticos solo de goma aplicado para vehículos pequeños como trollys o coches de pedales. Otros nombres son rueda semi-neumática de caucho y rueda neumática semi.
El compuesto de los neumáticos y su dibujo deben garantizar tracción adecuada en cualquier clima y condición. Deben estar en las mejores condiciones para obtener la máxima adherencia con el suelo
7 - ILUMINACION
8 - ACONDICIONAMIENTO FISIOLÓGICO
Accidente o no accidente: esta cuestión suele depender únicamente de la rapidez de reacción del conductor. Pero sólo quien dispone de la plenitud de su condición física y mental puede reaccionar rápida y acertadamente a la vez. Es por ello que al diseñar un vehículo se contemple la buena condición del conductor como un elemento esencial de la seguridad activa.
Un buen coche está construido en todos sus detalles de modo que sea posible concentrarse plenamente al tráfico al ir al volante. El conductor va sentado cómoda y relajadamente. Su atención no sufre irritación o descuido por engorrosas búsquedas de los elementos de mando ni por molestias ambientales como serían un excesivo calor o frío, ruido o molestias por gases de escape. A este acondicionamiento se añade la mejor visibilidad posible de día y de noche, que protege la vista y los nervios, permitiendo una conducción previsora en el sentido más puro de la palabra y, por tanto, segura.
Seguridad Pasiva
Son todas aquellas medidas de seguridad o precaución que tomamos para minimizar al máximo el risgo posible para que los involucrados sufran la menor cantidad de lesiones en un accidente
1 - Los Airbags
Una bolsa de gas que se infla frente al conductor u ocupante del vehículo en caso de colisión es la definición más simple, pero quizás más clara, de uno de los sistemas de seguridad pasiva que más desarrollo está alcanzando en los últimos tiempos. El airbag nació para disminuir las lesiones que se producen en las colisiones frontales y actualmente existen airbags para todas las necesidades. Una característica a tener muy en cuenta: la bolsa de aire que utilizan los coches europeos ha sido configurada como un complemento del cinturón de seguridad.
Este dispositivo es el fruto de las investigaciones que se iniciaron cuando las estadísticas demostraron que la primera causa de muerte, en las colisiones frontales, era el impacto del conductor contra la columna de dirección.
Funciones principales
Evitar el impacto del conductor o del pasajero contra los elementos duros del vehículo (volante, salpicadero, parabrisas, etc.).
Absorber parte de la energía cinética del cuerpo.
Proteger a los ocupantes del impacto de cristales provenientes del parabrisas.
Disminuir el movimiento de la cabeza y el riesgo de lesiones cervicales.
Sin embargo, esta aproximación no sería completa si no tuviéramos en cuenta que en estos momentos se han desarrollado airbags para casi todas las zonas del coche: Asientos traseros, laterales, en forma de cortina en las ventanas e, incluso, algunos fabricantes están estudiando la viabilidad de que los asientos especiales para niños o las motos lleven su propio airbag (más información en páginas posteriores).
Dos tipos
El airbag debe su nacimiento al cinturón de seguridad, el sistema de seguridad pasiva más importante, pero que no ofrece la adecuada protección en algún tipo de accidente.
Airbag europeo: Tiene entre 30 y 45 litros de volumen para el conductor (aproximadamente el tamaño del volante) y de 70 a 90 litros para el acompañante, entra en funcionamiento en las colisiones que se producen entre 15 y 28 km/h, dependiendo de los valores establecidos para cada coche, y se ofrece normalmente combinado con tensores en los cinturones de seguridad.
Airbag americano: Está diseñado para ser efectivo sin usar el cinturón de seguridad, lo que obliga a utilizar bolsas muy grandes (de 60-80 litros para el conductor y de 130-150 litros para el acompañante) y se dispara a velocidades muy bajas.
2 - Carrocería
Según hemos hecho alusión, la seguridad efectiva de una carrocería no puede ser demostrada en consideración aislada de su solidez o de la longitud o deformabilidad de sus zonas de contracción. Más bien, en caso de accidente tiene que actuar conjuntamente toda una serie de mecanismos de protección de modo que se limite sistemáticamente al mínimo posible el riesgo de sufrir lesiones. Eso presupone una construcción cuyo material y cuya estructura constituyan un conjunto minuciosamente pensado a fondo.
Para el desarrollo de carrocerías de esa índole, los fabricantes no sólo disponen de laboratorios y talleres bien preparados, sino también de un conjunto de experiencias reunidas en el curso de varias décadas y gran cantidad de datos de la investigación de accidentes. Aparte de ello, mediante simulación asistida por ordenador, pueden determinarse las posibles consecuencias de un accidente, ya desde antes de iniciar la construcción de un prototipo. Así es como la alta profesionalidad actúa con la alta tecnología, para seguir mejorando el comportamiento al impacto de los automóviles.
Absorción programa de la energía
Un criterio esencial del concepto de seguridad consiste en que los automóviles adaptan su deformación a la gravedad del accidente. A esos efectos interviene, entre otras cosas, una detallada construcción integral, en la mayoría de vehículos nuevos, que consta de amortiguadores hidráulico-neumáticos del impacto, elementos amortiguadores antichoque mecánicos y largueros deformables. Los tres elementos constituyen un conjunto integral, que, en caso de choque, por así decirlo, participan instantáneamente en el proceso.
Degradación programada de la energía en caso de choque frontal.
Pequeños golpes de hasta 4 km/h no producen daño alguno.
Con una velocidad de choque de hasta 15 km/h entran en funcionamiento los tubos de acción solapada (fácilmente reparables).
Sólo a velocidades más altas empiezan a deformarse también los soportes del motor.
En colisiones frontales graves (a partir de 30 km/h), toda la estructura del frontal participa en la absorción de la energía.
De esta forma se lleva a cabo una absorción exactamente calculada y programada de la energía, a través de toda la gama de velocidades: los diferentes elementos no se deforman ni más ni menos de lo que resulta necesario en el caso concreto para la óptima protección de todos los implicados en el accidente. También ha sido considerada la posibilidad de mantener limitados los daños del vehículo mismo. Aparte de ello, mediante resistentes uniones transversales ha quedado establecido, que el sistema no sólo funcione perpendicularmente contra una pared, según el “choque clásico”, sino que también sea eficaz en caso de impacto contra un árbol, un obstáculo descentrado o de cualquier otra índole.
Una resistente unión transversal se encarga de que incluso en caso de choque frontal descentrado, una parte de la energía sea degradada por el lado propiamente no afectado, para descargar así el lado que recibe el impacto.
3 - Los cinturones de seguridad
Imprescindibles para cualquier viajero, básicos en la seguridad vial. En caso de impacto, cuentan con un dispositivo que bloquea el mecanismo en caso de sufrir una fuerte desaceleración. Evitan que la persona salga despedida.
Por fortuna, hoy día no sólo existe la obligación legal de que los ocupantes de un automóvil se abrochen los cinturones de seguridad, sino que también está propagado el reconocimiento de su acierto. Lo que sin embargo a menudo puede pasarse por alto, es que los cinturones de seguridad sólo pueden cumplir óptimamente su función protectora en determinadas situaciones.
Si también los ocupantes han de beneficiarse del efecto de retención exactamente calculado para la zona de contracción, es preciso que los cinturones estén estrechamente ajustados al cuerpo. De no ser así, el coche ya inicia la deceleración mientras el ocupante prosigue la trayectoria a toda marcha, para sólo ser interceptado por el cinturón varias fracciones de segundo más tarde.
Ni la mejor de las zonas de contracción sirve de ayuda sin el cinturón de seguridad. Ejemplo: si con una velocidad de choque de sólo 30 km/h, un ocupante de 75 Kg quisiera protegerse del choque apoyándose contra el tablero de instrumentos o contra el parabrisas, tendría que estar en condiciones de levantar aprox. 1 tonelada de peso. Con 100 km/h 2 toneladas, Ésto es algo totalmente imposible.
En tal caso, la cinta textil que normalmente ha de servir de salvavidas, puede transformarse ella misma en un riesgo, aparte de surgir el peligro de que el ocupante choque con elementos del habitáculo. Para evitar este problema fueron inventados los pretensores del cinturón de seguridad (hoy disponibles de serie en muchos vehículos). Explicados más adelante con ilustraciones y comentarios.
Otro aspecto importante: los asientos deben estar moldeados de modo que descarten lo mejor posible el deslizamiento bajo el cinturón subabdominal -el llamado efecto submarino- (explicado en página siguiente) en cualquier velocidad de choque. Aparte de ello, cada cinturón debe ser ajustable individualmente a la talla del ocupante, para que en caso de choque no represente a su vez un riesgo de producir lesiones. Y finalmente, un sistema de cinturones debe ofrecer por lo menos tanto confort como sea necesario para que el usuario lo utilice de buena gana. Todos éstos son criterios para los cuales no existen disposiciones legales.
Simulación asistida por ordenador, del desarrollo de un choque con un ocupante abrochado: puede reconocerse claramente el avance del cuerpo, con tendencia al “efecto submarino”*.
* El ES provoca que el cuerpo se escurra por debajo del cinturón cuando éste no está ajustado.
Tensor del cinturón
Los cinturones automáticos se adaptan relativamente justos al cuerpo pero en bien del confort, no van tan estrechamente ajustados como sería ideal para un caso de choque porque la fuerza de muelle relativamente escasa del enrollador automático, el efecto de inercia tipo bobina cinematográfica y la distancia que establecen las prendas de vestir hacia el cuerpo de los ocupantes son factores que pueden costar centímetros decisivos en el caso de accidente. A esto se añade una cierta dilatación del cinturón, provocada por las extremas fuerzas de aceleración que intervienen.
Enrollador automático.
Los sistemas tensores de cinturones compensan estas desventajas, eliminando en gran escala ese margen residual entre cuerpo y cinturón al momento del choque. Fracciones de segundo antes de que se produzca el desplazamiento hacia delante, el cierre del cinturón es estirado 60 mm hacia abajo. Las bandas de los cinturones para el hombro y subabdominal se tensan conjuntamente. De esa forma se retienen fiablemente los ocupantes en su lugar.
El tensor tiene dos ventajas decisivas:
Actúa simultáneamente sobre las bandas de los cinturones para el hombro y para el abdomen aumentando así considerablemente la seguridad. No sólo reduce sumamente el riesgo de golpear con la cabeza contra el volante (en caso de no disponer airbag), sino también impide el desplazamiento en avance sobre el asiento y el riesgo del “efecto submarino”.
El sistema no se dispara por efectos pirotécnicos, sino mecánicamente por medio de un muelle. De esta forma puede renunciarse a complejos sistemas de sensores electrónicos (los nuevos modelos se están fabricando con sensores).
