Suspensiones de los F1



La finalidad de la suspensión es que las ruedas mantengan su contacto con el suelo el mayor tiempo posible, haya los baches que haya, y vayamos a la velocidad que vayamos.


Suspensión F1

Para conseguir ello, disponemos de dos configuraciones básicas:

-Poner suspensiones blandas: Esto implica mayor agarre pero también mas tiempo de reacción ante los cambios de dirección o de aceleración/frenada. El coche se vuelve perezoso ante lo que le ordenamos…

-Poner suspensiones duras: Con ello el coche responderá instantáneamente a nuestras ordenes, pero al absorber peor las irregularidades, las ruedas estarán un mayor tiempo sin tracción (Lo cual no implica que no estén en contacto con el suelo) al someterlas a esfuerzos extremos.

También hay que recordar que a altas velocidades los alerones ejercen una enorme carga sobre el monoplaza.

Este peso extra, cuando usamos chasis a poca altura del suelo, podría hacerlo rozar contra la pista.

Obviamente la solución para evitar esto sería poner suspensiones más duras, que no cedan tan fácilmente a ese peso extra o aumentar la altura del chasis.

En curvas, dependiendo de las transferencias de pesos, el coche tiende a sobrevirar, subvirar o mantener un comportamiento neutro.

Según el comportamiento del coche a causa de la suspensión, podemos hablar de sobreviraje o subviraje.

Sobreviraje:
Sobreviras cuando, en curvas el coche gira más de lo que le ordenas. Esto se debe a que pierde tracción atrás. El tren trasero trata de adelantar al delantero.Si este sobreviraje te hace perder totalmente el control y acabas dando un giro de más de 90º(A mi entender) sobre ti mismo. Por ello, diríamos que has dado un trompo.

Sobreviraje (En ingles Oversteering). El coche se va de atrás. En la foto de abajo se muestra la forma de corregirlo.

Esquema del sobreviraje (Oversteer)

Subviraje:
Subviras cuando el coche gira menos de lo que le ordenas y tiende a salirse por el exterior de la curva. Esto se debe a la perdida de agarre en el tren delantero.

Subviraje (En ingles understeering). El coche se nos va de morro. La imagen de abajo muestra la forma más generalizada de corregir este efecto.

Un comportamiento neutro implica que el coche no tiende a irse de ningún lado (Si pierde tracción en una curva, la pierde en ambos trenes a la vez).

Un efecto producido por las continuas aceleraciones, frenadas y demás, junto y relacionado con la acción de las suspensiones, es la transferencia de pesos.

Esquema del subviraje (Understeer)

Transferencia de pesos:
-No llevar un movimiento uniforme (Movimiento uniforme = ir a velocidad constante)
-No llevar un movimiento rectilíneo. (En curvas, cambios de rasante etc., se producen transferencias de pesos)
Nos basta con que se cumpla una de las dos anteriores condiciones para que el centro de gravedad del vehículo ya no esté en el punto en el que debería estar con el coche en reposo.
En curvas, el peso se desplaza hacia las ruedas exteriores, en aceleraciones hacia las traseras, en frenadas a las delanteras, en lo alto de un cambio de rasante las 4 ruedas pierden peso por igual (El coche tiende a “volar”).
Quizás haya un tipo de transferencia de peso que no conocíais, que es el denominado alabeo. Para comprenderlo habria que observar las ruedas situadas en una diagonal (Por ej. La rueda delantera izquierda y la rueda trasera derecha).
Cuando la suspensión de una se comprime la de la otra tiende a extenderse. Probad a sentaros en vuestro coche, sobre la parte del capo que esta sobre una de las ruedas delanteras.
Veréis que no se hunde todo el tren delantero sino solo el lado delantero sobre el que volcáis vuestro peso. Y en respuesta a ese hundimiento, la suspensión trasera del lado contrario (En diagonal) tiende a subir. Es como un balancín.
Las suspensiones son las encargadas de sostener el peso de las masas suspendidas (Todo lo que no sean ruedas+suspensiones se considera masa suspendida).
Hay muchos elementos susceptibles de formar parte de las suspensiones: Amortiguadores, muelles, barras de torsión, barras estabilizadoras…

Muelles:
Los muelles son arrollamientos helicoidal de acero elástico con un grosor de varilla determinado, dependiendo de la rigidez que se quiera dotar a la suspensión. En la F1 los muelles se suelen encargar a compañías especializadas.

Muelles

Alguna vez han oído hablar de muelles progresivos, ¿verdad?.

Estos son los que están diseñados para ejercer una resistencia determinada según su grado de compresión.

Esquema de los diferentes tipos de muelles

El de la izquierda es un muelle normal y corriente. Los otros, como podéis apreciar no lo son tanto.
El del medio tiene dos tipos de hélices. Al principio se comprimirá por la zona de abajo que es la mas “débil” y después seguirá con la de arriba, proporcionando con ello una resistencia diferente dependiendo de lo que lo hayamos comprimido.
El muelle de la derecha es lo que se llamaría muelle progresivo. El tipo de hélice va cambiando progresivamente a lo largo del muelle.

Amortiguadores:
En ingles son llamados shock absorvers o dampers. Sirven para atenuar (amortiguar) las oscilaciones producidas por la suspensión. Sin amortiguadores, nos pasaríamos media vida y parte de la siguiente dando botes arriba y abajo.

Amortiguador

Hay muchos tipos de amortiguadores (hidráulicos, monotubo de gas a alta presión, bitubo de gas a baja presión…), así que tampoco vamos a extendernos mucho.
Si queréis haceros una idea de cómo funcionan por dentro, imaginaros la típica jeringuilla de poner inyecciones, pero con el lado en que estaría la aguja (Por donde saldría el liquido) cerrado.

Tienen un pistón con unos agujeritos para que pase el liquido(Aunque ya dijimos que los hay de gas también.).
Cuanto más pequeños sean esos agujeros, más resistencia al paso del liquido producen.

Así que la única finalidad del pistón es dificultar su propio movimiento a lo largo del tubo. Así los muelles no botaran y rebotaran salvajemente arriba y abajo.

Barras de torsión:
Son barras de acero reforzado que ejercen una resistencia a su propio giro. Se retuercen, es decir trabajan a torsión. Normalmente son cilíndricas, estriadas en una de sus partes y fijas al chasis en la otra, y ejerce una resistencia cuando se intenta retorcerla.

Barra de Torsion de un F1

Barra de torsión de un F1
Suspension de F1 moderno sin barra de torsion.

Barra estabilizadora:
Es una barra de acero que conecta los brazos de suspensión de las ruedas (Del mismo eje). Su finalidad es evitar que el chasis tienda a inclinarse/balancearse peligrosamente en las curvas.

Cuanto más grosor tenga esta barra, mas resistencia a torcerse ejerce y menos se balanceara el chasis (Hay que buscar un término medio. Tampoco interesa una rigidez total).
Aquí vemos una posible solución para la suspensión delantera. La idea de poner esas barras diagonales para transmitir los esfuerzos a la suspensión, fue original de Gordon Murray en el Brabham de los años 70. Actualmente, todos los F1 hacen uso de esa vara de empuje/tracción.

Barras estabilizadoras en un f1 real

Ahora un vistazo a las brazos de suspensión horizontales. En realidad cada brazo horizontal tiene forma de V, solo que en la perspectiva que he puesto arriba no se nota. Mirad esta de más abajo:

Esquema barras estabilizadoras (Vista lateral)

Esas brazos con forma de V (Alias triángulos de suspensión) tienen la misma funcionalidad que las bisagras en la puerta de cualquier casa. Transmitir un giro y punto.
El brazo que va en diagonal es el único que forma parte activa en la transmisión/recepción de esfuerzos a la suspensión. Un pequeño detalle. ¿Por que se ponen dos V a cada lado? Si solo estan para transmitir un giro, ¿no bastaría con un sol triangulo de suspensión?
Podría, pero hay una cosa a tener en cuenta. Si pones solo 1, la rueda girará (En el plano vertical) de forma solidaria con el triangulo de suspension.
Pero al poner dos triángulos paralelos, la rueda se mantendrá siempre lo mas perpendicular posible a la calzada.

Esquema triángulos de suspensión al paso por un obstáculo (podría ser un piano)

A la izquierda usando solo un brazo. No es que tenga forma de V, sino que se muestran dos posibles posiciones y el ángulo (en la vertical) que gira la rueda al variar su altura.
A la derecha usando dos brazos paralelos. En las dos posiciones la rueda se mantiene perpendicular a la pista(Tendrá siempre la mayor superficie de contacto posible con el asfalto)
El grafico anterior explicaba el caso de que una rueda pasase por un piano por ej. Ahora veamos las ventajas del doble brazo en el paso por curva.

Suspension delantera de un McLaren con doble brazo o doble barra estabilizadora

Ahora vamos a ver un poco más a fondo como están distribuidos todos los elementos de la suspensión que hemos mencionado hasta ahora.
Esquema completo de la suspensión de un F1

En negro vemos la vara que transmite los esfuerzos de empuje/traccion a la suspension.
En verde claro, tenemos las barras de torsion y en rojo los amortiguadores.
En amarillo tenemos los brazos oscilantes o balancines. Tienen un eje de giro solidario con el de las barras de torsion(verde) y y estan conectados a los amortiguadores(rojo).
En azul tenemos la barra estabilizadora(O barra anti-vuelco). No todas las barras estabilizadoras funcionan exactamente igual, asi que quedaros simplemente con su finalidad.

Otro elemento de la suspension:
Supongamos que queremos una suspensión blanda, pero también queremos el chasis a poca altura.

Recordemos que el problema que tenia esta configuración era que el chasis podía rozar el suelo con el peso extra que producen los alerones a altas velocidades.

Solución: reducir el recorrido del amortiguador. Ponerle un tope para que no pase de ahí, independientemente de su dureza.

Así, los muelles o las barras de torsión no se comprimirán más de lo que nos interesa.
Es importante que no se requiera de este elemento en las curvas, porque en cuanto entren en acción, la suspensión ya no disipara mas energía de los baches. Sera completamente rígida.

Solo es útil en rectas a gran velocidad, en las que no afecte demasiado al comportamiento del vehículo el “carecer” de suspensiones.

En fin, en el dibujo se ve bien. Un amortiguador y en su barra esta el tope (packer) para limitar su recorrido (Dependiendo de su tamaño) y un elemento amortiguador de caucho (Bump Rubber).

Otros puntos importantes a la hora de poner a punto las suspensiones de un monoplaza de F1, son aspectos como los ángulos de covergencia y de divergencia, el ángulo de avance, el ángulo de caída y el radio de pivotamiento.

Angulo de convergencia/divergencia:


Es el ángulo definido entre cada rueda y el eje longitudinal del vehículo, siempre en su proyección horizontal.
Divergencia
Convergencia
Esquema de convergencia y esquema de divergencia
Angulo de avance:
Provoca el auto alineación de las ruedas, favoreciendo a la estabilidad. Pensad en los típicos carritos de la compra de los supermercados. Por muy girada que este una rueda, en cuanto empujamos el carro, la rueda tiende a ponerse recta, es decir, a autoalinearse.

Esquema del ángulo de avance

Angulo de caída:

Queda definido entre el plano de una rueda y la vertical al suelo.

Esquema del ángulo de caida

En el grafico la caída es positiva, puesto que la parte alta de la rueda sobresale. En vehículos de gran potencia se puede poner caída negativa, es decir, que sea la zona de contacto con el suelo la que sobresalga.

Tipos de Caida.

Esquema de un f1 con caída positiva

Esquema de un f1 con caída negativa

Huella de contacto entre el neumático y el asfalto, de un f1 con caída negativa

Radio de pivotamiento:
Es la distancia entre el punto medio de la banda de rodadura(A) y la proyección sobre el asfalto, del eje de pivotamiento(B)

Esquema del radio de pivotamiento

Si el punto B esta dentro de la banda de rodadura, el radio de pivotamiento se considera positivo. Si el eje de pivota miento cruza la vertical del neumático y corta en el suelo fuera de la banda de rodadura, entonces hablaremos de radios de pivotamiento negativos.
En la imagen siguiente se pueden distinguir todos los elementos que se han mencionado en esta sección.

Esquema detallado de la suspensión de un F1