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Inicio/Mecánica clásica/Suspensión de un cuarto de auto

Suspensión de un cuarto de auto

Carrocería y rueda en suspensión vertical: masas suspendida y no suspendida, rigideces Kₛ y Kₜ, amortiguador Cₛ. El camino es senoidal; las ecuaciones se integran por Runge–Kutta.

Masas y rigideces

250 kg
45 kg
22 kN/m
1800 N·s/m
180 kN/m

Entrada del camino

0.04 m
1.2 Hz

Magnitudes medidas

Carrocería zₛ0.0000m
Rueda zᵤ0.0000m

Gráficas

Sobre el modelo

La suspensión de un cuarto de auto reduce el movimiento vertical de una sola pata a dos masas: la carrocería y la rueda, unidas por resorte y amortiguador; el neumático apoya en el camino con otro resorte. La masa suspendida (carrocería) descansa sobre la rigidez Kₛ y el amortiguador Cₛ; la no suspendida (rueda), sobre la rigidez del neumático Kₜ. El perfil del camino es una senoidal; las ecuaciones se integran con el método de Runge–Kutta de cuarto orden. En las gráficas aparecen desplazamientos, velocidades y aceleraciones de ambas masas. Se pueden variar las masas, Kₛ, Cₛ, Kₜ, la amplitud y la frecuencia del camino, y ver la suavidad de marcha y la carga en el contacto. Simplificaciones: resortes y amortiguador lineales, sin balanceo ni cabeceo, neumático sin amortiguamiento propio, sin despegue de la rueda.

Para quién: Universidad: oscilaciones, dinámica del automóvil, suspensión.

Conceptos clave

  • modelo de un cuarto de auto
  • masa suspendida
  • masa no suspendida
  • amortiguamiento de la suspensión
  • rigidez del neumático
  • suavidad de marcha

Cómo funciona

Dos masas una sobre otra: la carrocería en resorte y amortiguador, la rueda en el resorte del neumático. El camino levanta el extremo inferior del neumático según un seno. En pantalla se ven los desplazamientos verticales y cómo la rigidez y el amortiguamiento cambian la suavidad de marcha y la carga en el contacto. El método de Runge–Kutta de cuarto orden da x(t) y v(t) de ambas masas.

Fórmulas principales

Mₛ zₛ″ = Kₛ(zᵤ−zₛ) + Cₛ(żᵤ−żₛ)

Mᵤ zᵤ″ = Kₜ(zᵣ−zᵤ) − Kₛ(zᵤ−zₛ) − Cₛ(żᵤ−żₛ)

Preguntas frecuentes

¿Para qué separar la masa suspendida de la no suspendida?
La carrocería apoya en la suspensión, y el conjunto rueda–neumático tiene masa propia y resuena en el resorte del neumático. Una sola masa no describe el modo de salto de la rueda cerca de la frecuencia propia del neumático. Una suspensión más rígida no siempre es más cómoda: a menudo aumenta las aceleraciones de la carrocería y afecta más al manejo.
¿Qué fija sobre todo el amortiguador Cₛ?
Cₛ disipa energía entre la carrocería y la rueda y determina qué tan rápido se apagan las oscilaciones de la carrocería después de un bache. Muy poco amortiguamiento deja un «timbre» largo; demasiado acopla la carrocería a la rueda y los golpes del camino suben. En el modelo lineal la fuerza del amortiguador depende de la velocidad relativa en la suspensión, no de la velocidad absoluta de la carrocería.
¿Qué ocurre si la frecuencia del camino coincide con una frecuencia propia?
Cerca de la resonancia crece la amplitud del modo correspondiente, hasta que la limita el amortiguamiento. Coincidir con el modo de la carrocería empeora el confort; coincidir con el salto de la rueda carga el parche de contacto. El camino senoidal y la integración numérica hacen visible esa dependencia de la frecuencia; en el modelo la rueda no se despega.