29 Documento Diseño y Funcionamiento Suspensiones Neumáticas AUDI PDF

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242

S e rv ic e .

Sis t e m a s d e s u s p e n s io n e s n e u m á t ic a s , Pa r t e 1 Re g u la c ió n d e n iv e l e n e l A u d i A 6 D is e ñ o y f u n c io n a m ie n t o

Programa autodidáctico 242

Sólo para el uso interno

S ist e m a d e su sp e n sió n n e u m á t ic a c o n re g u la c ió n d e n iv e l Este Programa autodidáctico se divide en dos partes:

Fundamentos relativos a suspensión, amortiguación y suspensión neumática

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Regulación de nivel A6 Aquí se describe el sistema de suspensión neumática para el eje trasero en el Audi A6 Avant.

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La suspensión neumática de 4 niveles para el Audi allroad quattro se describe en el Programa autodidáctico 243. Más información relacionada con el Audi allroad quattro figura en el Programa autodidáctico 241.

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Ín d ic e Pá g in a Fu n d a m e n t o s Suspensión del vehículo ........................................................ 4 Sistema de muelles ................................................................ 6 Oscilación ................................................................................ 8 Magnitudes características de los muelles ....................... 12 Tren de rodaje convencional sin regulación de nivel ....... 14

Fu n d a m e n t o s d e la su sp e n sió n n e u m á t ic a Suspensión neumática con regulación de nivel ............... 16 Magnitudes características del muelle neumático ........... 21 Amortiguación de oscilaciones .......................................... 23 Amortiguador (amortiguador de oscilaciones) ................. 25 Amortiguador PDC ............................................................... 33

Re g u la c ió n d e n iv e l A 6 Estructura del sistema ......................................................... 38 Muelles neumáticos ............................................................. 40 Grupo de alimentación de aire ........................................... 42 Esquema hidráulico .............................................................. 43 Compresor ............................................................................. 44 Deshidratador ....................................................................... 47 Válvula de descarga N111 ................................................... 48 Válvula para brazo telescópico N150 y N151...................... 51 Transmisor para regulación de nivel G84 .......................... 52 Unidad de control para regulación de nivel J197 ............. 54 Testigo luminoso para regulación de nivel K134 .............. 55 Esquema de funciones ......................................................... 56 Interfaces ............................................................................... 57 Concepto de regulación ....................................................... 58 Demás particularidades del concepto de regulación ....... 60

El Programa autodidáctico informa sobre diseños y modos de funcionamiento.

Nuevo Nota

Atención Nota

El Programa autodidáctico no es manual de reparaciones.

Para trabajos de mantenimiento y reparación hay que consultar en todo caso la documentación técnica de actualidad.

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Fu n d a m e n t o s S u sp e n sió n d e l v e h íc u lo Cuando un vehículo circula sobre irregularidades del pavimento se producen fuerzas pulsátiles en las ruedas. Estas fuerzas se transmiten a la carrocería a través del sistema de muelles y las suspensión de las ruedas.

En el caso de la suspensión de un vehículo se tiene que diferenciar básicamente entre el sistema de muelles y el sistema de amortiguación a oscilaciones. Con la acción conjunta de ambos sistemas se consigue lo siguiente:

La suspensión del vehículo asume la función de absorber y degradar estas fuerzas.

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Seguridad de conducción

Se mantiene en vigor el contacto de las ruedas con el pavimento, que tan importante es para el frenado y direccionamiento del vehículo.

Confort de conducción

Se reducen de forma importante las solicitaciones desagradables y nocivas para la salud de los ocupantes y se evitan daños en los objetos depositados a bordo.

Seguridad de funcionamiento

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Los componentes del vehículo van protegidos contra solicitaciones intensas.

Estando el vehículo en circulación, aparte de las fuerzas que causan los movimientos de ascenso y descenso en la carrocería, también intervienen fuerzas que ejercen movimientos y oscilaciones en dirección de los tres ejes espaciales.

De ahí que corresponda una gran importancia al tarado correcto de los sistemas de muelles y amortiguadores.

Aparte de las características cinemáticas de los ejes, la suspensión del vehículo ejerce una influencia decisiva en estos movimientos y oscilaciones.

Eje geométrico vertical Eje geométrico longitudinal Eje geométrico transversal

Cabeceo Desplazamiento 242_048

Basculamiento (balanceo) Sacudida

Viraje (giro) Ascenso y descenso

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Fu n d a m e n t o s S ist e m a d e m u e lle s En su condición de componentes «portantes» del sistema, los elementos de muelle establecen la unión entre la suspensión de las ruedas y la carrocería. Este sistema halla su complemento en el efecto elástico de los neumáticos y de los asientos en el vehículo.

En el vehículo se diferencia entre las masas muelleadas (la carrocería con el grupo motopropulsor y partes del tren de rodaje) y las masas no muelleadas (las ruedas con los frenos, así como partes del tren de rodaje y de los palieres).

Los elementos que se utilizan son muelles de acero, gas/aire y goma/elastómeros o combinaciones de estos elementos.

El sistema de muelles transforma al vehículo en un cuerpo capaz de oscilar a una frecuencia propia de la carrocería, que viene definida por las masas muelleadas y por el tarado del sistema de muelles (véase el capítulo «Oscilación»).

En el sector de los turismos se han arraigado los sistemas con muelles de acero. Hay muelles de acero en múltiples diseños, entre los cuales las versiones helicoidales son las que más proliferación han alcanzado. Las suspensiones neumáticas, que desde hace muchos años han hallado una extensa propagación en el sector de los camiones, se viene implantando cada vez más en el sector de los turismos, debido a las ventajas inherentes a estos sistemas.

Elemento de muelle

Masa muelleada

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Masa no muelleada

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Elemento de muelle

Masas no muelleadas Básicamente se aspira a mantener lo más reducidas posibles las masas no muelleadas, para minimizar su influencia en el comportamiento a oscilaciones (frecuencia propia de la carrocería). Aparte de ello, mediante una menor inercia de las masas se reducen las solicitaciones de golpes a que se someten los componentes no muelleados y mejora de forma importante el comportamiento de respuesta de la suspensión. Estos efectos se traducen en un claro aumento del confort de la conducción. Ejemplos de reducción de las masas no muelleadas: • Llanta de aleación con radios huecos

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• Componentes del tren de rodaje en aluminio (mangueta delantera, mangueta trasera, brazos oscilantes, etc.) • Pinzas de freno en aluminio • Neumáticos optimizados en peso • Optimizaciones en peso de componentes del tren de rodaje (p. ej. de los cubos de rueda)

213_091

Consulte a este respecto también el SSP 213, capítulo «Tren de rodaje».

213_068 7

Fu n d a m e n t o s O sc ila c ió n Si una masa sujetada a un muelle es extraída de su posición de reposo por el efecto de una fuerza, se genera en el muelle una fuerza de recuperación, que obliga a la masa a oscilar en retorno. La masa oscila durante esa operación, volviendo a sobrepasar su posición de reposo, lo cual engendra nuevamente una fuerza de recuperación. Esta operación se repite las veces que sean necesarias hasta que se neutralice la oscilación, debido a la resistencia del aire y a la fricción interna del muelle.

Frecuencia propia de la carrocería Las oscilaciones se definen por su amplitud y frecuencia. Al determinar el tarado de las suspensiones se dedica una especial atención a la frecuencia propia de la carrocería. La frecuencia propia de las masas no muelleadas en un vehículo de categoría media se halla entre los 10 Hz y 16 Hz. Mediante un tarado correspondiente del sistema de la suspensión, la frecuencia propia de la carrocería (masa muelleada) se halla entre 1 Hz y 1,5 Hz.

Masa

Extensión d. muelle Oscilaciones

Pos. de

Contracción del muelle

Amplitud

Muelle

1 período

242_021

8

La frecuencia propia de la carrocería viene definida, en esencia, por los datos característicos de los muelles (coeficiente de rigidez) y por la masa muelleada. Una mayor masa o un muelle más blando se traduce en una baja frecuencia de la carrocería y un mayor recorrido del muelle (amplitud). Una masa más pequeña o un muelle más duro da por resultado una mayor frecuencia propia de la carrocería y un menor recorrido del muelle. Según la sensibilidad de la persona, una frecuencia propia de la carrocería por debajo de 1 Hz provoca náuseas. Las frecuencias superiores a 1,5 Hz afectan el confort y, a partir de unos 5 Hz se perciben como sacudidas o agitaciones.

Definiciones Oscilación

Movimiento de la masa en ascenso y descenso (carrocería)

Amplitud

Distancia máxima de la masa oscilante con respecto a la posición de reposo (desvío provocado por la oscilación, recorrido del muelle)

Período

Tiempo que tarda una oscilación completa

Frecuencia

Número de oscilaciones (períodos) por segundo

Frecuencia propia de la carrocería

Número de oscilaciones de la masa muelleada (carrocería) por segundo

Resonancia

Una fuerza impulsa a la masa en el ritmo de su oscilación, con lo cual hace aumentar la amplitud (oscilaciones progresivas).

Recorrido del muelle

Masa mayor o muelle más blando

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Tiempo

1 período Recorrido del muelle

Masa menor o muelle más duro

Baja frecuencia propia de la carrocería

Alta frecuencia propia de la carrocería Tiempo

1 período

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Fu n d a m e n t o s Tarado de la frecuencia propia de la carrocería El índice de amortiguación que caracteriza al amortiguador no posee una influencia digna de mención en lo que respecta a la frecuencia propia de la carrocería. Únicamente influye en la rapidez con que se degradan las oscilaciones (intensidad de la amortiguación). Para más detalles consulte el capítulo sobre amortiguación de oscilaciones.

Según la motorización y el equipamiento del vehículo, las cargas sobre los ejes (masas muelleadas) difieren en parte muy intensamente de un tipo de vehículo a otro. Para mantener en todas las versiones variantes la mayor igualdad posible en cuanto a altura de la carrocería (aspecto visual) y frecuencia propia de la carrocería, la cual viene a determinar el dinamismo de la conducción, se procede a montar diferentes combinaciones de muelles y amortiguadores, en función de los pesos que descansan sobre los ejes delantero y trasero. Así por ejemplo, la frecuencia propia de la carrocería en un Audi A6 viene tarada a 1,13 Hz en el eje delantero y 1,33 Hz en el eje trasero (posición de diseño). El coeficiente de rigidez del muelle es así el factor determinante para la frecuencia propia de la carrocería. Para distinguir entre los diferentes coeficientes de rigidez, se procede a identificar los muelles con marcas de colores correspondientes (véase la tabla).

En los trenes de rodaje standard sin regulación de nivel se suele tarar el eje trasero a una mayor frecuencia propia de la carrocería, porque al depositar cargas en el interior aumenta básicamente el peso que descansa sobre el eje trasero, reduciéndose así la frecuencia propia de la carrocería.

242_073 Tolerancia de la altura de nivel

Altura de nivel del vehículo

Escalonamiento de coeficientes de rigidez de los muelles en eje delantero A6

cF

1

=3

c

3, 3

F2

N/

m

=3

m

c 5, 2

F3

N/

m

m

Frecuencia propia carrocería

7, 2

cF N/

m

4

m

=3

c

9, 3

F5

N/

m

m

=4

1, 5

cF N/

6

mm

=4

3, 7

N/

mm

Banda tolerancias de componentes

Margen de carga útil de un muelle

Banda de tolerancias de frecuencia propia

1,13 Hz

800 kg 10

=3

850 kg

900 kg

950 kg

Peso sobre el eje

Tabla de asignación de los muelles (ejemplo A6, eje delantero 1BA) Núm. PR de categoría de peso eje delantero Tren de OJD rodaje OJE standard, OJF p. ej. 1BA OJG OJH OJJ OJK OJL OJM

Peso sobre el eje (kg)

Tren de rodaje deportivo, p. ej. 1BE

OJD OJE OJF OJG OJH OJJ OJK

Marcas de color

739 - 766 767 - 794 795 - 823 824 - 853 854 - 885 886 - 918 919 - 952 953 - 986 987 - 1023

Muelles izquierdo y derecho respectivamente (coeficiente de rigidez) 800 411 105 AN (29,6 N/mm) 800 411 105 AP (31,4 N/mm) 800 411 105 AQ (33,3 N/mm) 800 411 105 AR (35,2 N/mm) 800 411 105 AS (37,2 N/mm) 800 411 105 AT (39,3 N/mm) 800 411 105 BA (41,5 N/mm) 800 411 105 BM (43,7 N/mm) 800 411 105 BN (46,1 N/mm)

753 - 787 788 - 823 824 - 860 861 - 899 900 - 940 941 - 982 983 - 1027

800 411 105 P (40,1 N/mm) 800 411 105 Q (43,2 N/mm) 800 411 105 R (46,3 N/mm) 800 411 105 S (49,5 N/mm) 800 411 105 T (53,0 N/mm) 800 411 105 AA (56,6 N/mm) 800 411 105 AB (60,4 N/mm)

1 gris, 3 violeta 1 verde, 1 violeta 1 verde, 2 violeta 1 verde, 3 violeta 1 amarillo, 1 violeta 1 amarillo, 2 violeta 1 amarillo, 3 violeta

1 violeta, 3 marrón 1 blanco, 1 marrón 1 blanco, 2 marrón 1 blanco, 3 marrón 1 amarillo, 1 marrón 1 amarillo, 2 marrón 1 amarillo, 3 marrón 1 verde, 1 marrón 1 verde, 2 marrón

Constancia de garantía Datos del vehículo Fecha de la entrega Núm. de bastidor Especificación del modelo

Tren de rodaje

Potencia del motor / cambio / fabricación mes/año Letras distintivas del motor / letras distintivas del cambio Núm. referencia pintura / núm. referencia equipamiento interior Núm. referencia equipo opcional

1BA OYF OJL

Clase de peso eje delantero Peso en vacío / datos de consumo / emisiones de CO 2

Sello del Concesionario Audi que hizo la entrega

Clase de peso eje trasero

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Fu n d a m e n t o s M a g n it u d e s c a ra c t e r íst ic a s d e lo s m u e lle s

Característica progresiva Característica lineal Muelle duro

Si se dibuja el diagrama de fuerzas y recorridos se obtiene la curva característica del muelle. El coeficiente de rigidez del muelle es la relación de la fuerza que actúa, con respecto al recorrido del muelle. La unidad de medida para el coeficiente de rigidez de los muelles se expresa en N/mm. Informa sobre si un muelle es blando o duro. Si el coeficiente de rigidez del muelle tiene una magnitud invariable sobre todo el recorrido, se dice que el muelle tiene una característica lineal. Un muelle blando posee una característica plana; un muelle duro se manifiesta por tener una característica pronunciada.

Fuerza del muelle F

Curva característica / coeficiente de rigidez de los muelles

0 0

242_018

Recorrido muelle s

La dureza de un muelle helicoidal aumenta:

Característica lineal Muelle blando

• con un diámetro mayor del alambre • con un diámetro menor del muelle • con una menor cantidad de las espiras. a

Si el coeficiente de rigidez del muelle aumenta a medida que crece el recorrido, significa que el muelle tiene una característica progresiva.

b c

Los muelles helicoidales con característica progresiva se reconocen por: a) un paso desigual de las espiras b) una geometría cónica de las espiras c) un diámetro cónico del alambre d) combinación de dos elementos de muelle (ver el ejemplo en la página siguiente)

242_019

12

Tope superior

Intervención muelle adicional

Tope inferior

9

Interv. tope en etapa de extens. (en amortiguador)

12

Tope inferior

15

Posición en vacío Posición de diseño

(Ejemplo: brazo telescópico con muelles adicionales de poliuretano)

6 3 242_020 0 -120 -80 -40 Extensión de muelles, mm

0

40 80 120 Contracción muelles, mm

Muelleo unilateral

Muelle Muelle adicional

Ventajas de la característica progresiva de los muelles: • Un mejor tarado del sistema de la suspensión desde carga útil normal hasta carga útil máxima. • La frecuencia propia de la carrocería se mantiene casi constante al circular con carga. • El sistema de suspensión no llega tan pronto a tope al causar el pavimento golpes intensos. • Una mejor utilización del recorrido de muelle disponible. 13

Fu n d a m e n t o s

Recorridos de los muelles El recorrido total de los muelles sges para un tren de rodaje sin regulación de nivel se compone de la contracción estática sstat y de los recorridos de muelle dinámicos sdyn, causados por las oscilaciones del vehículo vacío y con plena carga. sges = sstat + sdyn (vacío) + sdyn (cargado)

Estando el vehículo parado, la carrocería efectúa un cierto recorrido de contracción de los muelles, en función de las condiciones de la carga depositada. Se habla de una contracción estática de los muelles s stat. Una desventaja en el tren de rodaje convencional sin regulación de nivel resulta sobre todo de la reducida carrera de contracción de los muelles en condiciones de plena carga.

Muelles de acero

s stat (vacío) HV

Fuerza portante en kN

Tre n d e ro d a je c o n v e n c io n a l (m u e lle d e a c e ro ) sin re g u la c ió n d e n iv e l

sstat (cargado) 10 8 6 4

H

2

HL –80 mm

–40 mm

Recorrido dinám. d. extensión

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0

+40 mm

+80 mm

sstat

(vacío)

(cargado)

(vacío)

Con plena carga Posición de diseño Posición en vacío Curva característica muelle H V = Altura con plena carga H = Altura en posición de diseño 14

H L = Altura en posición en vacío

Recorrido dinám. d. contracción

La contracción estática de los muelles...

Definiciones:

... representa la posición de partida (cero) para los movimientos dinámicos de la suspensión, recorrido de contracción (positivo) y recorrido de extensión (negativo).

La posición en vacío ... ... es el muelleo de contracción que resulta cuando está parado sobre sus ruedas el vehículo «en orden de marcha» (depósito de combustible lleno, rueda de re...