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Suspensión neumatica en automóviles - suspensión neumatica integral



 
Suspensión neumatica en automóviles
Este tipo de suspensión se esta utilizando desde hace pocos años sobre todo en vehículos de alta gama. La suspensión neumatica basa su funcionamiento en las propiedades que ofrece el aire sometido a presión. En esta suspensión, se sustituye el resorte mecanico (muelle, ballesta o barra de torsión) por un fuelle o cojín de aire que varia su rigidez.
La suspensión neumatica permite:
* Adaptar la carrocería a distintas alturas en función de las necesidades de marcha.
* Adaptar la suspensión y la amortiguación a la situación de la calzada y a la forma de conducir.
Se caracteriza por su elevada flexibilidad, notable capacidad de amortiguación de las vibraciones y por la autorregulación del sistema que permite mantener constante la distancia entre el chasis y la superficie de carretera independientemente de la carga presente en el vehículo.


La suspensión neumatica es un sistema complejo y de coste elevado, ya que integra numerosos componentes y necesita de una instalación de aire comprimido para su funcionamiento. Esta suspensión es muy utilizada en vehículos industriales (autobuses, camiones, etc). Automóviles que utilizan esta suspensión tenemos: Audi A8, Mercedes de la Clase E, S, R, etc. y algunos todo terreno como el VW Touareg, el Range Rover y el Audi Q7 entre otros.
La suspensión neumatica se puede aplicar tanto en el eje trasero o integral a la cuatro ruedas. Con esta suspensión se puede variar la altura de la carrocería manual o automaticamente en funciónde la velocidad, de las características de la calzada y el estilo de conducción. Se conecta o desconecta la suspensión en las patas telescópicas con un volumen de aire adicional.
| La primera versión del Actros revolucionó los sistemas de suspensión neumatica para camiones con su brazo estabilizador. En las nuevas tractoras de dos ejes se introduce otra espectacular novedad: la suspensión neumatica de dos fuelles. Gracias a esta nueva concepción se reduce el peso del bastidor en unos 30 kg, y su altura en 30 mm. Otras ventajas importantes: la supresión de los dos fuelles neumaticos traseros permite instalar los amortiguadores detras del eje, con lo que mejora claramente la dinamica del tren de rodaje y la estabilidad. Esta disposición de los fuelles aumenta la carrera de elevación del eje y suprime movimientos de torsión en el eje, que modifican el angulo del arbol de transmisión. Ademas, como es evidente, la disminución del número de fuelles facilita el mantenimiento, disminuyendo la duración y los costes de las reparaciones. |


| - Suspensión neumatica. Esta suspensión se basa en el mismo principio de la suspensión convencional o hidroneumatica. Consiste en intercalar entre el bastidor y el eje de las ruedas o los brazos de suspensión un resorte neumatico.El resorte neumatico esta formado por una estructura de goma sintética reforzada con fibra de nailon que forma un cojín o balón vacío en su interior. Por abajo esta unido a un émbolo unido sobre el eje o brazos de suspensión. Por encima, va cerrado por unaplaca unida al bastidor. - 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 obstaculo. La fuerza de reacción esta en función del desplazamiento del émbolo y de la presión interna.Este sistema necesita de una fuente de aire comprimido. Solamente puede ser utilizado en vehículos dotados con frenos de aire comprimido, aprovechando la instalación. |
| Instrucciones para cambio de fuelle de suspensión neumatica Una de las ventajas que posee la suspensión neumatica Gerbaudo® es que los tres (3) fuelles son totalemente iguales, por lo cual, usted lleva siempre un repuesto en el mismo producto. En el caso de rotura de un fuelle de la suspensión que soporta la carga, puede reemplazarlo por el fuelle del levante eje. Instrucciones •  Debera quitar todo el aire de la suspensión y primero sacar el fuelle del levanta eje. •  Quite los 8 bulones para llave 14 (9/16) •  Saque el conector recto (se saca el caño de la misma forma que la manguera de sopletear) •  Quite la presión de los otros dos fuelles •  Sacar los 8 bulones del fuelle roto con llave 14 (9/16). •  Sacar el codo que tiene el fuelle y colocarlo en el fuelle de repuesto conectandolo nuevamente a la línea de aire. |

 
Suspensión neumatica integral
Esta suspensión se aplica a las cuatro ruedas, mantiene la altura del vehículo a un valor teórico constante mediante un sistema deamortiguación neumatica en el eje delantero y en el eje trasero, independiente de la carga. La distancia entre el eje y la carrocería es determinada por cuatro sensores de altura llamados transmisores de nivel del vehículo.
En el caso de existir diferencias con respecto al valor teórico, mediante el compresor y las electrovalvulas de suspensión se varía el volumen de aire en el muelle neumatico, que vuelve a regular la altura de la carrocería hasta alcanzar el valor teórico.
Como ejemplo utilizaremos como base la suspensión neumatica montada en el automóvil de la marca Audi y modelo A8.
Niveles de equipamiento del vehículo
Para el Audi A8 estara disponible el tren de rodaje standard (adaptive air suspension) y el tren de rodaje deportivo (adaptive air suspension sport).

Tren de rodaje standard
Se pueden seleccionar los siguientes programas de forma manual o automatica:
* Modo «automatic»:
Nivel basico del vehículo, tarado orientado hacia el confort con una familia de características de amortiguación adaptada correspondientemente. A partir de los 120 km/h se produce 30 segundos mas tarde un descenso de 25 mm («descenso para autopista»). Con este nivel rebajado mejoran las condiciones aerodinamicas y se reduce el consumo de combustible.


* Modo «confort»:
Altura del vehículo igual que en el modo «automatic»; una menor amortiguación que en el modo «automatic» en el margen de velocidades inferiores, combinado con un aumento del confort de conducción en comparación con el modo «automatic».
No se produceel descenso automatico para autopista.
* Modo «dynamic»
El nivel del vehículo se encuentra 20 mm por debajo del modo «automatic». Se ajusta automaticamente una familia de características de amortiguación con tarado deportivo. A partir de una velocidad de 120 km/h se produce 30 segundos después otro descenso de 5 mm («descenso para autopista»).

* Modo «lift»:
Altura del vehículo elevada 25 mm con respecto al modo «automatic»; tarado orientado hacia el confort, igual que en el modo «automatic».

 
Tren de rodaje deportivo:
* Modo «automatic»
El nivel del vehículo equivale al del modo «dynamic» en el caso del tren de rodaje standard; tarado deportivo y una familia de características de amortiguación correspondientemente adaptada (un tarado mas confortable que en el modo «dynamic»). 30 segundos después de superar los 120 km/h se produce otro descenso de 5 mm («descenso para autopista»).
* Modo «dynamic»
El nivel del vehículo equivale al del modo «automatic» de este tren de rodaje deportivo; tarado deportivo-tenso con la familia de características de amortiguación correspondientemente adaptada. 30 segundos después de superar los 120 km/h se produce un descenso de 5 mm («descenso para autopista»).
* Modo «comfort»
El nivel del vehículo equivale al del modo «automatic» de este tren de rodaje deportivo; una amortiguación mas baja que en el modo «automatic» a velocidades inferiores. No se produce ningún descenso para autopista.

 
* Modo «lift»:
Nivel del vehículo elevado 25 mm encomparación con el del modo «automatic» del tren de rodaje deportivo; tarado de orientación deportiva.

 

Componentes de la suspensión
Brazo muelle/amortiguador
La estructura basica de los cuatro brazos telescópicos muelle/amortiguador es idéntica.
El brazo de suspensión esta formado por dos partes:
* Una neumatica que sustituye al muelle de las suspensiones mecanicas convencionales y que sirve principalmente para nivelar la carrocería.
* Una suspensión de reglaje continuo de la amortiguación, que utiliza amortiguadores de tarado variable a través de unas electrovalvulas que controlan el paso del aceite.
Muelle neumatico
Estructura
El muelle neumatico es una versión guiada exteriormente, es decir, que va abrazada por un cilindro de aluminio. Para evitar la penetración de humedad entre el cilindro y la balona hay un manguito de junta que cierra la zona entre el émbolo de desarrollo de la balona y el cilindro. El manguito de junta puede ser sustituido; la balona no es substituible por separado. En caso de avería se tiene que sustituir el brazo muelle/amortiguador completo.
Para establecer la mayor capacidad útil posible en el maletero, con una anchura óptima para efectos de carga se procede a limitar a una cota mínima el diametro de las balonas en el eje trasero. Para satisfacer las exigencias de confort se requiere un volumen mínimo de aire. La solución de este conflicto entre objetivos consiste en integrar un depósito para un volumen de aire adicional, comunicado con el amortiguador.Funcionamiento
El muelle neumatico no sólo viene a sustituir al muelle de acero; en comparación con éste ofrece también ventajas esenciales. El nuevo guiado exterior del muelle neumatico por medio de un cilindro de aluminio permite reducir el espesor de pared de la balona. Esto se traduce en una respuesta mas sensible ante irregularidades
del pavimento.

 
Amortiguador
Estructura
Se monta un amortiguador bitubo de gas presurizado con reglaje eléctrico continuo (continuous damping control = amortiguador CDC). La valvula amortiguadora principal (3) en el émbolo (1) es pretensada mecanicamente por un muelle (4). Sobre la valvula esta dispuesta una bobina electromagnética (5); el cable de conexión pasa hacia fuera a través de la varilla de émbolo hueca.
Funcionamiento
La fuerza de amortiguación viene determinada esencialmente por la resistencia que oponen las valvulas al flujo del aceite interno. Cuanto mayor es la resistencia al flujo del aceite que las traspasa, tanto mayor es la fuerza de amortiguación.
Principio de funcionamiento tomando como ejemplo la etapa de contracción (= amortiguación en etapa de compresión)
La unidad de émbolo (1) completa se desplaza hacia abajo en el tubo cilíndrico (2), a una velocidad (v). La presión del aceite aumenta en la camara bajo la valvula amortiguadora principal (3). La bobina electromagnética (5) recibe corriente. La fuerza electromagnética FM actúa en contra de la fuerza de muelle FF y la
contrarresta parcialmente.
Si la suma de la fuerza electromagnética y lafuerza de la presión del aceite (FM+FP) supera a la fuerza de muelle FF se genera una fuerza resultante FR, a través de la cual se produce la apertura de la valvula. La magnitud de la fuerza electromagnética es regulable en función de la intensidad de corriente eléctrica aplicada. Cuanto mayor es la intensidad de la corriente, tanto menor es la resistencia al flujo y la fuerza de amortiguación.
La fuerza de amortiguación maxima viene dada cuando se deja de excitar la bobina electromagnética. Para obtener la menor fuerza de amortiguación se aplica una corriente de aprox. 1.800 mA a la bobina electromagnética.
En la función de emergencia no se excita eléctricamente la bobina electromagnética. En ese caso queda ajustada la fuerza de amortiguación maxima, con lo cual se establecen unas condiciones dinamicas fiables.

Grupo de alimentación de aire
El grupo de alimentación de aire se instala en la parte delantera izquierda del vano motor. De esta forma se evitan influencias negativas en las condiciones acústicas del habitaculo. Asimismo se puede realizar así una refrigeración mas eficaz. Esto aumenta la posible duración de la conexión para el compresor y la calidad de la regulación.
Funcionamiento
Para proteger el compresor contra un posible sobrecalentamiento se procede a desactivarlo si es necesario (temperatura excesiva en la culata). La presión estatica maxima del sistema es de 16 bares.

 
Bloque de valvulas electromagnéticas
El bloque de valvulas electromagnéticas incluye el sensor de presión y lasvalvulas para excitar los muelles neumaticos y el acumulador de presión.
Va instalado en el paso de rueda entre el guardabarros y el pilar A en el lado izquierdo del vehículo.

 
Acumulador de presión
El acumulador de presión se encuentra entre el piso del maletero y el silenciador final, por el lado izquierdo del vehículo.
Estructura
El acumulador de presión es de aluminio. Tiene una capacidad de 5 ltr. y una presión de servicio maxima de 16 bares.
Funcionamiento
El objetivo del acumulador es limitar al mínimo posible la conexión del compresor.
Para que los ciclos de regulaciones ascendentes puedan llevarse a cabo exclusivamente a través del acumulador de presión es preciso que exista una diferencia de presión mínima de 3 bares entre el acumulador de presión y el muelle neumatico.
 
Funcionamiento de la suspensión neumatica
Este sistema mantiene constante el nivel de la carrocería al valor elegido por el conductor, independientemente de la carga.
Para hacerlo el sistema utiliza un compresor que envía aire a las patas telescópicas por medio de las electrovalvulas, hasta que se ha ajustado el nivel del vehículo. El nivel de la carrocería en el eje delantero y en el eje trasero es registrado por los sensores de nivel y es transmitido a la unidad de control.
Cada bloque de suspensión o pata telescópica esta comandada por una electrovalvula que abre y cierra el paso de la presión de aire. Las electrovalvulas de suspensión se excitan electricamente por parejas (eje delantero y eje trasero).
El circuitoneumatico funciona basicamente teniendo en cuenta dos periodos de funcionamiento: presurización y despresurización.

 
* Periodo de presurización
Al ser cargados los muelles neumaticos a través del acumulador de presión, la valvula (10) abre las valvulas (9) correspondientes por ejes. El acumulador de presión (12) se carga haciendo que el compresor (1) alimente aire a través de la valvula (10) abierta.
Si el vehículo se encuentra en posición lateralmente desigual también se excitan individualmente las valvulas (9a – 9d) de una lado hasta compensar esta posición
Las valvulas (9a, 9b y 9c, 9d) son excitadas eléctricamente por parejas (eje delantero y eje trasero).
El aire es aspirado por el compresor (1) a través del filtro (8) y el silenciador adicional (7). El aire comprimido pasa a través del deshidratador (2), la valvula de retención 3a y las valvulas 9 hacia los muelles neumaticos.

* Despresurización
Las valvulas (9a, 9b y 9c, 9d) y la electrovalvula de descarga (5) abren.
El caudal del aire puede pasar a través de la valvula de descarga (5) y abre así la valvula de descarga (6) neumaticamente pilotada.
El caudal del aire abandona el sistema a través de la valvula de descarga (6), el silenciador adicional (7) y el filtro de aire (8). El agente secante se regenera al pasar el aire por el deshidratador (2).

* Función posición de bloqueo
Si la unidad de control detecta una descarga de todas las ruedas estando parado el vehículo, se cierran entonces las electrovalvulas de las patastelescopicas. Con ello, el vehículo permanece en el nivel momentaneo. Ello es necesario, por ejemplo, al efectuar un cambio de rueda o en trabajos de reparación sobre plataforma elevadora.
Sensor de temperatura del compresor
Se trata de una resistencia NTC en un pequeño cuerpo de vidrio. El sensor detecta la temperatura en la culata del compresor.
Su resistencia se reduce a medida que aumenta la temperatura (NTC: coeficiente negativo de temperatura). Esta variación de la resistencia es analizada por la unidad de control.
El tiempo maximo de funcionamiento del compresor se calcula en función de la temperatura momentanea.
Sensor de presión
Mide las presiones en los brazos telescópicos de los ejes delantero y trasero y en el acumulador de presión El sensor va empotrado en el bloque de valvulas electromagnéticas y no esta al acceso por fuera.
Funcionamiento
El sensor trabaja según el principio de medición capacitiva:
La presión (p) a medir produce una desviación en una membrana de ceramica. Debido a ello varía la distancia entre un electrodo (1) instalado en la membrana y un electrodo contrario (2) que se encuentra fijo sobre la carcasa del sensor.
Los electrodos constituyen por si mismo un condensador. Cuanto menor es la distancia de los electrodos tanto mayor es la capacidad del condensador.
La capacidad es medida por el sistema electrónico integrado y transformada en una señal lineal de salida.
Mediante una excitación correspondiente de las electrovalvulases posible determinar las presiones de los muellesneumaticos y del acumulador.

 
Sensor de aceleración
Para poder ajustar la amortiguación óptima en cada situación es preciso conocer el desarrollo cronológico de los movimientos de la carrocería (masa amortiguada) y de los componentes de los ejes (masa no amortiguada).

Las aceleraciones de la carrocería se miden con ayuda de tres sensores.
Dos de ellos se encuentran en las torretas de los brazos telescópicos delanteros; el tercero se halla en el guardarrueda trasero derecho.
La aceleración de los componentes de los ejes (masas no amortiguadas) se determina por analisis de las señales procedentes de los sensores de nivel del vehículo.

Sensores de aceleración de la carrocería
Los sensores van atornillados a la carrocería por medio de soportes. El sensor y el soporte estan unidos por medio de engarce. Consta de varias capas de silicio y vidrio. La capa intermedia de silicio esta diseñada en forma de una lengüeta en alojamiento elastico (masa seísmica). La sensibilidad del sensor viene determinada, en esencia, por el coeficiente de rigidez/elasticidad y la masa de la lengüeta.
Funcionamiento
La masa sísmica con recubrimiento de metal se utiliza como electrodo móvil, que, conjuntamente con el contraelectrodo superior e inferior, constituye respectivamente un condensador.
La capacidad de este condensador depende de las superficies de los electrodos y su distancia mutua.
Estados de funcionamiento:
* Estado de reposo
La masa seísmica se encuentra centrada exactamente entre los contraelectrodos.
Lascapacidades de ambos condensadores C1 y C2 son idénticas.

* Estado acelerado
Debido a efectos de inercia, la masa seísmica sale de su posición central. La distancia de los electrodos varía. La capacidad aumenta a medida que se reduce la distancia.
En nuestro ejemplo aumenta la capacidad del condensador C2 en comparación con la del estado de reposo, mientras que la del condensador C1 disminuye.
La tensión de alimentación es aportada por la unidad de control para el sistema de suspensión neumatica. Las tensiones momentaneas correspondientes a la aceleración de la carrocería se pueden consultar a través de bloques de valores de medición.

Sensores de nivel del vehículo
Los cuatro sensores son de un mismo diseño, mientras que las sujeciones y bieletas de acoplamiento son específicas por lados y ejes.

Funcionamiento
Los sensores detectan la distancia entre los brazos oscilantes del eje y la carrocería, y con ello la altura de nivel del vehículo. La detección se realiza ahora con frecuencias de 800 Hz (en el allroad 200 Hz). Esta tasa de captación es suficiente para determinar la aceleración de las masas no amortiguadas.
Concepto general de regulación
El cambio de nivel se realiza basicamente por ejes, corrigiéndose las diferencias de nivel entre los lados izquierdo y derecho del vehículo (p. ej. causadas por cargas en un solo lado).
Al circular a velocidades por debajo de 35 km/h se emplea preferentemente el acumulador de presión a manera de fuente de energía. Esto presupone una suficiente diferencia depresión de 3 bares como mínimo entre el acumulador de presión y el muelle neumatico.
Operación de cambio de nivel:
* Ascenso: Primero asciende el eje trasero y luego el eje delantero
* Descenso: Primero desciende el eje delantero y luego el eje trasero

Se ha previsto este orden, para descartar fiablemente la posibilidad de deslumbrar a terceros con motivo de los ciclos de regulación en caso de averiarse la regulación del alcance luminoso de los faros.
El sistema de regulación del alcance luminoso se emplea exclusivamente en vehículos con faros de xenón.
Concepto de regulación para tren de rodaje standard
* Modo «automatic» (nivel basico
La amortiguación se realiza orientada hacia el confort. 30 segundos después de superar los 120 km/h se produce el descenso automatico de para circulación por autopista.
La reelevación al nivel basico se efectúa de forma automatica si se lleva una velocidad a 70 km/h durante 120 segundos o si la velocidad baja por debajo de 35 km/h.
* Modo «dynamic» (–20 mm
Se pone en vigor una familia de características de amortiguación tensa sobre todo el rango de velocidad.
Si la velocidad de marcha supera los 120 km/h se realiza 30 segundos mas tarde automaticamente un descenso adicional de 5 mm (autopista).
La reelevación al nivel deportivo se efectúa de forma automatica si se mantiene durante 120 segundos una velocidad inferior a 70 km/h o si se baja por debajo de los 35 km/h.
* Modo «comfort» (nivel basico
La amortiguación se regula de un modo aún masorientado hacia el confort que en el modo «automatic», sobre todo en el rango de velocidad inferior.
No se realiza ningún descenso automatico para circulación por autopista.
* Modo «lift» (+25 mm
Este modo sólo puede ser seleccionado al circular a una velocidad inferior a 80 km/h.
A partir de los 100 km/h se abandona automaticamente este modo operativo. El modo anteriormente seleccionado («automatic», «dynamic» o «comfort») se pone en vigor en ese caso.
Incluso si posteriormente la velocidad vuelve a descender por debajo de 80 km/h no se pasa automaticamente al modo «lift».

 
Funciones del sistema
Operaciones de frenado
Sobre todo al frenar con intervención de los sistemas ABS/ESP se incluye la regulación de la amortiguación, la cual actúa en función de la presión aplicada para la frenada. De este modo se limitan al mínimo los movimientos de cabeceo y balanceo de la carrocería.

 
Operaciones de arrancada
En las fases de arrancada se producen sobre todo movimientos de cabeceo debidos a la inercia de las masas de la carrocería.
Mediante fuerzas de amortiguación adecuadas y adaptadas a cada situación se limitan al mínimo este tipo de movimientos.

Modo anticipado y modo activo post-marcha
Las diferencias con respecto a la altura teórica antes de iniciar la marcha o bien antes de conectar el encendido se compensan por regulación. Al accionar la manilla de la puerta, el capó trasero o el borne 15 se reexcita en caso dado el sistema que pudiera encontrarse en el modo desexcitado en espera, y pasa al modoanticipado.
Una diferencia de altura, causada p. ej. al bajarse del vehículo o al descargarlo después de la desconexión del encendido, se compensa por regulación en el modo activo postmarcha.
Modo desexcitado
60 segundos después de haberse encontrado en el modo activo post-marcha sin haber recibido señales de entrada, el sistema pasa al modo desexcitado, con una reducción del consumo energético. El modo desexcitado se abandona brevemente al cabo de 2, 5 y 10 horas, para verificar una vez mas la altura del nivel.
Si existen diferencias de altura con respecto al valor teórico se compensan en caso dado con ayuda del acumulador de presión (p. ej. diferencia de altura debida al enfriamiento del aire en los muelles neumaticos).
Modo para elevador
El sistema detecta que el vehículo se encuentra en el taller a bordo de un elevador para reparación del vehículo, al analizar las señales de los sensores de nivel del vehículo y la duración del ciclo de regulación correctiva en el vehículo parado.
No se inscribe ninguna avería en la memoria. Este modo operativo no se visualiza a través del testigo luminoso.
Señal para regulación del alcance luminoso
La unidad de control para regulación de nivel transmite los datos actuales de altura de la carrocería en las cuatro ruedas a la unidad de control para regulación del alcance luminoso, en un mensaje a través del CAN-Bus.
Previo analisis de estas señales, la unidad de control para regulación del alcance luminoso calcula el reglaje necesario para la corrección de los faros.





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