Bajar el coche.

Barras estabilizadoras, amortiguadores, coilovers, pastillas... etc etc

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Abe
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Bajar el coche.

Mensajepor Abe » 22 Jun 2010, 23:40

Voy a aportar mi pequeño grano de arena, hace tiempo que hice este post para clubjapo. Toda esta información la saque buscando info sobre el funcionamiento de los roll center, y me decidí a darle un poco de forma... se que es un tostón, pero puede resultar y interesante.

¿Bajar un coche es "mejor"?
vamos a analizar "todos" los parametros a los que afectaría...



Centro de balanceo


Cuando el coche vira, la fuerza centrifuga que actúa aplicada a traves del centro de gravedad CG provoca una transferencia de pesos que comprime los muelles exteriores del viraje. La masa suspendida del coche (el chasis) tiende entonces a balancear, a inclinarse, girando alrededor de un punto imaginario que denominaremos centro de balanceo CB.

Centro de Balanceo, según la definición de la SAE (sociedad de ingenieros de automoción):
“el punto en el plano transversal vertical que pasando por los dos centros de ruedas, en el cual se pueden aplicar fuerzas a la masa del muelle sin producir un balanceo en la suspensión”.

Entendemos pues, que si el Centro de balanceo CB y el centro de gravedad CG estuviesen situados en el mismo punto, no existiría balanceo en la carrocería.


Calcular Centro de balanceo

El CB o centro de balanceo de nuestro coche podemos calcularlo aplicando el teorema de Kennedy que dice que si tres objetos están unidos entre si , deben existir al menos tres puntos denominados polos que serán los focos o centros de movimiento de dichos objetos y que además dichos centros de movimiento estarán siempre alineados.

Suspensión independiente

¿Cómo se aplica este teorema tan abstracto a una suspensión independiente de brazos transversales? Pues de una forma más sencilla de lo que en principio parece.

Mirando el coche desde el frente se prolongan los brazos de suspensión hasta que se cortan en un punto. Este punto será el centro virtual de rotación de la suspensión. Después se une con una recta este punto y el punto medio de la banda de rodadura del neumático correspondiente a esa suspensión. La intersección de esta recta con el eje medio vertical del coche determina la posición del centro de balanceo.

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Mcpherson

En la geometría del tipo Mcpherson, el brazo transversal superior queda representado por una línea trazada a 90ª con el eje del amortiguador y muelle concéntrico.

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En la práctica:

Este punto no es siempre es constante ya que lógicamente nuestro coche al rodar por el circuito varía la posición de los trapecios por efecto de las irregularidades del terreno y los cambios de dirección que realizamos, pero si fuésemos capaces de poder dibujar el camino que sigue el CB cuando el coche se encuentra en movimiento veríamos que describe un movimiento circular por lo que a efectos prácticos podemos tomar como punto CB el punto central de la circunferencia que el CB describe mientras rodamos por el circuito que coincide con el que podemos calcular de manera estática, tal y como acabamos de ver.

Cuando tomamos una curva el peso del coche tiende a desplazarse hacia el exterior de la misma por la fuerza centrífuga comprimiendo los muelles de los amortiguadores de la parte exterior de la curva y haciendo que se extiendan a su vez los de la parte interior, lo que hace que el coche tienda a balancearse lateralmente alrededor del centro de balanceo o CB, es decir el tomar una curva origina una rotación del chasis que debe ser compensada por nuestra suspensión para mantener la estabilidad de nuestro vehículo.

Esta rotación del chasis se produce porque por un lado tenemos la fuerza centrífuga aplicada sobre el CG (centro de gravedad) de nuestro coche, mientras que por el otro la adherencia de las ruedas aplica otra fuerza igual y en sentido contrario sobre el CB (centro de balanceo), lo que da lugar a un "par" de fuerzas opuestas que obliga al chasis a rotar .

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Recordemos además de cuando estudiamos física, que en un "par" de fuerzas no solo tiene importancia la magnitud de dichas fuerzas, si no la distancia que las separa, que al fin y al cabo hace de brazo de palanca con el que trabaja el "par" de fuerzas, por lo que fuerzas iguales situadas a mayores distancia una de otra generan siempre un mayor "par".

Dicha rotación de chasis por efecto del "par" que se crea al tomar una curva, cesa cuando la fuerza que generan al comprimirse los muelles de los amortiguadores de la parte exterior de la curva y el trabajo de las estabilizadoras iguala al "par" de fuerzas que se ha creado al tomar la curva.

Muchos conductores tienden a considerar que cuando bajamos el vehículo el centro de gravedad se baja y se va a tener más estabilidad. Sin embargo, si no se utiliza ningún elemento de corrección, la tendencia es que el CB se separe del CG y el aumento del brazo de palanca generará mas balanceo en el vehículo lo que nos provocará tener menos grip.

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Además los brazos de suspensión están diseñados para intentar minimizar el movimiento en altura del Centro de Balanceo cuando la suspensión se comprime, si forzamos mucho la posición de los brazos bajando el coche puede que nos salgamos fuera del rango para el que están diseñados y estos sean incapaces de minimizar el cambio de altura del centro del balanceo, haciendo que el coche se sienta inestable.

A continuación podemos ver un caso practico sobre un Volkswagen golf, como aumenta el brazo de par al bajar el coche, en mayor media de lo que desciende el CG, además también podemos ver como con una ligera rebaja de altura ya nos estamos saliendo de los rangos óptimos de altura del CB (de los que hablaremos un poco más adelante en este post)

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Como podremos imaginar, rebajar la altura nos producirá un mayor balanceo, al aumentarse el brazo de par.

Una primera acción para evitar el balanceo sería poner unos muelles duros que rápidamente compensaran el balanceo y nos permitieran por lo tanto conseguir una mayor de estabilidad de nuestro chasis, pero esto puede ser claramente perjudicial si por ejemplo el terreno es no es perfectamente plano, donde necesitamos de unos muelles más blandos que permitan que nuestras ruedas estén el mayor tiempo posible en contacto con el terreno y mejorará la tracción.

O instalar una barras estabilizadora más gruesas, que eliminarán el balanceo pero a costa de limitar la independencia de nuestra suspensión.

Para poder compensar este efecto de rotación o balanceo lateral del chasis sin tener que recurrir obligatoriamente a muelles duros y estabilizadoras gruesas tendremos que aprender a configurar nuestro vehículo mediante otras opciones que nos permitan reducir esta tendencia, esto lo conseguiremos mediante alguna o varias de las tres formas siguientes:


REDUCIENDO LA ALTURA DEL CENTRO DE GRAVEDAD ( C.G.)
Bajando el centro de gravedad (CG) para reducir la distancia entre este y el CB de forma que reduzcamos el brazo de "par" que se genera al tomar la curva. No obstante las variaciones serán mínimas porque estamos condicionados por el diseño del vehiculo.

REDUCIENDO LAS INERCIAS
Reduciendo el peso de nuestro Vehículo para que la fuerza centrífuga que actúa sobre el CG sea la menor posible y por tanto el "par" que origina el balanceo también sea menor. Esta opción es siempre recomendable para aumentar todo tipo de prestaciones de nuestro coche y no solo para reducir el balanceo lateral.

REDUCIENDO EL PAR DE BALANCEO MEDIANTE LA POSICION DE LOS TRAPECIOS
Subiendo el CB hacia su posición original antes de bajar el coche, para reducir la distancia entre este y el CG y así reducir la fuerza del "par" que da lugar al balanceo. Esta opción es la que podremos conseguir variando la longitud y posición de los trapecios.

Debemos analizar y conocer todas las posibilidades existentes para nuestro modelo de vehículo, existen soluciones para la gran mayoría de modelos que pueden variar desde brazos completos de suspensión a unos simples separadores.


¿Para qué limitar el balanceo?. Para que en las suspensiones independientes no cambien en exceso las caídas y para evitar otros fenómenos que hacen que el coche pierda adherencia. Uno de ellos es el denominado "efecto gato", según el cual la fuerza de viraje actúa a través del seno del ángulo que forman el pavimento y la línea que pasa por el centro de balanceo intentando levantar el coche.

La línea de acción de la fuerza que ejercen los neumáticos para contrarrestar la fuerza centrífuga pasa a través del centro de balanceo. Por tanto, entre el punto de contacto del neumático y el centro de balanceo, esta fuerza tiene una inclinación hacia arriba y parte de ella tiende a desplazar el centro de gravedad hacia arriba.

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Cuanto mas alto es el centro de balanceo o cuanto mas angosta es la vía del eje considerado, mas grande es la inclinación y mas notable es el efecto gato. Esta es una de las principales razones para tener centro de balanceo muy bajos"

Es decir: con el roll-center bajo el coche no se levanta en las curvas, pero si que balancea.

Con el roll-center alto el coche se levanta en las curvas, pero no balancea.

Segun Herb Adams en su libro "Chassis engineering" dice que los coches mas exitosos tienen situado su centro de balanceo entre 1" bajo tierra y 3" sobre ella, por tanto nos encontramos ante un buen valor de referencia sobre el que movernos, como hemos visto en las gráficas anteriores (caso práctico de volkswagen golf), es muy fácil que al bajar el coche sin utilizar un método corrector del centro de balanceo nos vayamos fuera de estos parámetros.

Recapitulando, tenemos que lo ideal seria que el CB se moviese lo menos posible (gracias al diseño de los brazos de suspensión) y que el CG se encuentre lo mas cerca posible del CB... el CB debería estar situado entre 1" bajo tierra y 3" sobre ella, entre estos parámetros nos podríamos mover para jugar con el comportamiento del coche.

En general en circuitos muy bacheados es mejor tender a situar el CB más alto para prevenir el balanceo y evitar que el coche vaya de lado a lado cuando pasa por lo baches al permitirnos utilizar unos muelles mas blandos que absorban mejor las irregularidades. Por el contrario en circuitos lisos deberemos tender a situar el CB bajo y para evitar el balanceo utilizaremos muelles mas duros que darán mayor agilidad al coche.



Problemas de caídas al bajar el coche con Mcpherson.

Las suspensiones Mcpherson tienen una curva de caida, de modo que a partir de un punto estático con el coche parado y la suspensión en posición natural, cuando empezamos a comprimir la suspensión la caida aumenta (negativamente) hasta llegar a un punto en el cual el comportamiento se invierte y la caida tiende a disminuir (a volverse más positiva)

Aquí podemos observar una gráfica de caidas en relación a la compresión del amortiguador, cada esquema Mcpherson tendrá sus propios valores, pero siempre se comportará de esta forma.

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Lo ideal sería trabajar con la altura del coche de seríe, de este modo la compresión del amortiguador siempre nos generara un aumento de caída, hasta llegar a las 3 pulgadas, a partir de ese pico como se ve en la gráfica la caída se volvería más positiva.

Tenemos que entender, que cuando bajamos el coche, nos movemos dentro de esa grafica y la curva se desplazará, verticalmente, pero conservará sus forma, simplemente cambiaremos el punto de partida. De modo que si bajamos el coche 3 pulgadas nos encontraremos con que el punto de partida de nuestro coche se encuentra en el mismo punto que el pico de la gráfica y cada compresión del amortiguador nos acarreará que la caída se vuelva más positiva.

Los problemas empiezan cuando el brazo de suspensión sobrepasa los 90º respecto a la linea trazada entre el bastago del amortiguador a la altura de la copela y el punto de anclaje entre el amortiguador y el brazo de suspension tal y como se ve en el siguiente gráfico.

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por lo que cuando se baja un coche se recomienda suplementar los brazos o cambiarlos de modo que estos en su punto de compresión máximo sobrepasen los 90 grados respecto a la vertical.

Podemos comprobar gráficamente el funcionamiento con estos ejemplos.

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[EL BUMPSTEER (no se cual sería el termino correcto en castellano)

¿Qué es el Bumpsteer?, la explicación técnica es un cambio en la convergencia de las ruedas ocasionado por el movimiento de la suspensión, o de una modificación en la dirección causado por el cambio de la convergencia al comprimirse el amortiguador.

Si con esta explicación ya has identificado ese comportamiento en tu coche, es que estas sufriendo bumpsteer

Imagínate que vas conduciendo por un parking, pisas un badén con la rueda derecha, esta se comprime cambia la convergencia y tu coche se dirige hacia la derecha sin que hayas movido la dirección. Ahora imagina que das una curva a gran velocidad, por el balanceo de la carrocería el amortiguador exterior se comprime esto modifica las convergencia y hace que tu coche gire más de lo que tu le habías indicado, haciéndose necesario una corrección en el volante que puede generar un cambio de masas.

El bumpsteer viene dado por la diferencia de arco que existe entre el brazo inferior de suspensión y el arco que genera el brazo de dirección

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En los coches de competición se tiende a eliminar esa variación, haciendo coincidir los arcos para que no exista ninguna interferencia en la dirección al comprimirse la amortiguación

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Pero es muy habitual en los coches de serie hacer que los arcos no coincidan (tanto en el eje delantero como en el trasero) para que con la compresión de los amortiguadores se modifique la convergencia y corregir el comportamiento del coche, generalmente para hacerlo más dócil.

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Aun asi, en su posición estática, los arcos coincidirian en ese punto tal y como se ve en la imágen superiores, cuando bajamos un coche estamos moviendonos en ese arco y nos situaríamos en un punto donde los arcos ya no coincidirían, haciendo el bumpsteer más acusado, lo que nos podrá generar bastante problemas.

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En definitiva, es otro parámetro para tener en cuenta cuando bajamos la altura de un coche, y lo más probable es que sea necesario utilizar alguno de los sistemas que existen para regularlo.




RESUMIENDO

Como podemos observar, algo tan simple y tan habitual como “bajar” un coche conlleva muchos factores con el, que pueden hacer que en realidad el comportamiento dinámico del coche sea peor, aunque este quede camuflado por las sensaciones que nos aporta una suspensión más dura. Sería conveniente analizar todos estos factores para corregirlos y obtener un verdadero buen comportamiento.



Gracias a:
Orlando Ríos "la suspensión, automoviles de competición"
Chassis engineering, Herb Adams
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Mensajepor Abe » 22 Jun 2010, 23:51

mierda, pasado mañana subo las fotos a otro servidor, que no es de recibo estar robandole ancho de banda a clubjapo y además petan muchas fotos.

Edito: ya esta actualizado
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Mensajepor Antimach » 23 Jun 2010, 09:09

No sé donde esta el icono del aplauso...

Felicidades, lo he entendido hasta yo.

Eso es cultura!!
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Mensajepor Desmo » 23 Jun 2010, 16:56

Joooder muy bueno! Ademas se entiende muy bien.

Poca experiencia tengo en circuito real, pero por ejemplo en el Live for Speed, que tiene bastante en cuenta todos estos parametros como buen simulador que es,. muchas veces el setup mas rapido ydocil no es el mas bajo, por muy rapida y llana que sea la pista.

Saludos!
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Mensajepor vuelta » 23 Jun 2010, 22:58

Abe, te lo has currado
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Mensajepor Abe » 26 Jun 2010, 20:52

Ya esta actualizado... me alegra que os resulte interesante, a mi es que me encanta el tema de los setups :D

Saludos
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Mensajepor vito » 29 Jun 2010, 01:35

Impresionante!!!!!!!!!!!!!!!!!! muchas gracias por el curro........ demasiado manjar,para mi buche de novicio.... espero tener una buena digestión que me permita digerir tanta información , para seguir creciendo en estos menesteres.......... :shock: :shock:
DISFRUTANDO DE UN SUEÑO !!!!!!!!!!

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Mensajepor FedeMDQBCN » 29 Jun 2010, 21:24

esto me encanta una forma facil de leer y aprender gracias.
go go go go.....

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Mensajepor Fercho » 30 Jun 2010, 01:57

Muchas gracias.
Un post realmente interesante!

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Mensajepor felinecrisis » 16 Jul 2010, 15:21

He estado pensando en el tema, al bajar el coche se modifica centro de balanceo y de gravedad, entiendo q para corregirlo lo suyo es cambiar brazo de suspension por uno q tenga una medida acorde con lo q se haya bajado.

Pero en vez del brazo de suspension, no seria un efecto similar meter separadores para aumentar ancho de via asi hacer de sustituo de alargamiento de brazo de suspension?
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Mensajepor Taiman81 » 16 Jul 2010, 16:28

Mas o menos haria ese efecto, pero no ganarias recorrido de palanca del brazo en si y a la larga los rodamientos sufren las consecuencias de cambiar el ET de origen para el que fueron diseñados.

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Mensajepor Abe » 16 Jul 2010, 20:50

Creo que seria peor el remedio que la enfermedad, para poder levantar algo el centro de balanceo tendrias que poner el coche con un ancho de vias de 6 metros :D, con unos separadores no creo que se gane gran cosa y por contra variaras mucho el "scrub radius" quedandote unos efectos parasitos en el avance, de la leche.

Saludos!
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Mensajepor Luismi » 09 Oct 2010, 22:52

El problema de los separadores si son grandes son las vibraciones.

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Mensajepor Òscar » 10 Oct 2010, 23:44

Un buen curro, gracias por compartirlo Abe, se entiende todo a la perfección. La suspensión es una de las cosas más complicadas de poner a punto de cualquier vehiculo.
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Re: Bajar el coche.

Mensajepor remis » 28 Jul 2013, 20:14

Muchas gracias Abe, un post interesantisimo. Podiamos hablar un poco sobre el mx5 en concreto ¿cuanto es razonable bajarlo? ¿ganamos o perdemos eficacia bajandolo? ¿Hay que modificar alguna cosa mas ademas de muelles?


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