¿Conduces en circuito, compites en gymkhana o te gusta conducir rápido por carreteras de montaña?
Cuando piensas: «¡Quiero ser aunque sea un segundo más rápido!», puede que empieces a hacer ajustes en la suspensión roscada para modificar características como el subviraje o el sobreviraje.
Seguramente habrás oído cosas como que endurecer los muelles delanteros provoca subviraje, o que aumentar la altura de marcha trasera hace que el coche tienda al sobreviraje.
Sin embargo, no es muy habitual encontrar en revistas o en internet explicaciones concretas sobre los mecanismos que hay detrás de estos efectos, así que este tipo de conocimientos no está muy extendido.
Entender los mecanismos no significa que puedas encontrar inmediatamente una puesta a punto rápida, pero si comprendes los fundamentos, empiezas a ver cosas como: «Esto es lo que necesito para solucionar el problema que tengo ahora» o «Esto probablemente no va a marcar mucha diferencia».
También será menos probable que acabes preguntándote: «¿Cómo puedo solucionar este problema de la suspensión?» o que te confundas con todas esas teorías dudosas que circulan por ahí.
Así que esta vez quiero hablar de cómo modificar el comportamiento del coche desde el punto de vista de las propiedades físicas de los neumáticos.
【Puntos clave】
(1) Ajustar el comportamiento del coche significa ajustar el equilibrio delantero-trasero de la fuerza de deriva
(2) Es importante considerar la fuerza de deriva total de ambos neumáticos de un mismo eje
(3) Cuanto mayor sea la transferencia de carga, menor será la rigidez de deriva total de ambos neumáticos de un mismo eje
(4) Los dos factores principales que determinan el reparto delantero-trasero de la transferencia de carga son la rigidez al balanceo y el ángulo de los brazos de suspensión
(5) La altura del centro de balanceo modifica la influencia relativa de cada factor
El equilibrio del coche empieza en los neumáticos
Empecemos por el punto (1): «Ajustar el comportamiento del coche significa ajustar el equilibrio delantero-trasero de la fuerza de deriva».
Bueno, esto es bastante literal.
Si los neumáticos delanteros generan una mayor fuerza de deriva en relación con los traseros, el coche girará con mayor facilidad. Si son los neumáticos traseros los que generan más fuerza de deriva, el coche será más estable.
Sin embargo, cuando se habla de suspensión, es frecuente oír cosas como: «El tren delantero balancea con facilidad, así que el coche subvira» o «La parte trasera está demasiado rígida, así que el coche sobrevira».
Si solo lo pensamos de esa manera, resulta difícil entender qué acaba ocurriendo realmente y cómo eso se traduce en cambios de comportamiento como el subviraje o el sobreviraje.
El coche solo está conectado al suelo a través de sus cuatro neumáticos, así que los cambios de actitud de la carrocería, como el balanceo o el cabeceo, no son más que parte del proceso de transmisión de fuerzas. Lo que afecta directamente al subviraje y al sobreviraje es el equilibrio delantero-trasero de la fuerza de deriva.
Ya estemos hablando de muelles, barras estabilizadoras o fuerza de amortiguación, es importante seguir preguntándonos: «¿Cómo acaba afectando esto al equilibrio delantero-trasero de la fuerza de deriva?».
A continuación, veamos el punto (2): «Es importante considerar la fuerza de deriva total de ambos neumáticos de un mismo eje».
En general, creo que cuanto mejor conduce alguien, más suavemente suele gestionar la transferencia de carga. Pero, como se puede ver en expresiones como «cargar bien el neumático» o «hacer que el neumático soporte bien la carga», cuando se habla de la transferencia de carga como técnica de conducción, normalmente solo se piensa en el neumático que gana carga: el exterior.
Eso está bien si hablamos únicamente de técnica de conducción, pero eso no significa que el neumático que pierde carga, es decir, el interior, deje de contribuir (salvo en casos como cuando la rueda trasera interior de un coche de tracción delantera se levanta del suelo).
Hay dos neumáticos delanteros y dos neumáticos traseros.
Por eso, cuando hablamos del comportamiento del coche en términos de subviraje y sobreviraje, es importante considerar la fuerza de deriva total de ambos neumáticos de un mismo eje.
Por qué la transferencia de carga reduce la rigidez de deriva total
Pasemos al punto (3): «Cuanto mayor sea la transferencia de carga, menor será la rigidez de deriva total de ambos neumáticos de un mismo eje».
Primero, echa un vistazo a este gráfico.
Este gráfico se dibujó tomando como referencia la Fig. 10 de «Flat-Belt Suspension Tire Test Machine» (Tomoki Sakai, Kaoru Kusaka y Yuji Sato), un artículo publicado en el sitio de artículos técnicos de Honda R&D, y se ha intentado reproducir el original lo más fielmente posible.
El eje vertical representa la rigidez de deriva (fuerza de deriva por unidad de ángulo de deriva), y el eje horizontal representa la carga.
Como puedes ver, cuando aumenta la carga sobre un neumático, la rigidez de deriva no aumenta de forma proporcional.
La rigidez de deriva aumenta con la carga, pero ese incremento se hace cada vez menor a medida que la carga aumenta.
A partir de cierto punto, incluso empieza a disminuir.
A esto se le llama sensibilidad del neumático a la carga.
Supongamos ahora que tenemos un coche en el que cada neumático delantero soporta una carga de 4000 N a 1 g.
Cuando este coche toma una curva, la transferencia de carga reduce la carga sobre el neumático interior y aumenta la del neumático exterior.
Por ejemplo, si se produce una transferencia de carga de 2000 N, la carga sobre el neumático interior pasa a ser de 2000 N, mientras que la del exterior pasa a ser de 6000 N.
En el gráfico quedaría así.
Ahora fíjate en cómo cambia la rigidez de deriva de los neumáticos interior y exterior.
La rigidez de deriva del neumático exterior ha aumentado.
Ha aumentado, sí, pero no demasiado.
Mientras tanto, la rigidez de deriva del neumático interior ha disminuido mucho.
Ahora sumemos los valores de los neumáticos interior y exterior.
Antes de la transferencia de carga
Neumático interior 1300 N/deg + neumático exterior 1300 N/deg = Total 2600 N/deg
Después de la transferencia de carga
Neumático interior 800 N/deg + neumático exterior 1420 N/deg = Total 2220 N/deg
La rigidez de deriva total ha disminuido debido a la transferencia de carga.
Esta característica de los neumáticos es uno de los aspectos fundamentales que hay que entender cuando pensamos en el comportamiento del coche.
Tanto si cambias los muelles como si modificas el equilibrio delantero-trasero de la altura de marcha, los cambios resultantes en el comportamiento del coche se deben, en última instancia, a esta característica de los neumáticos.
Esta es también una de las razones por las que se busca un centro de gravedad bajo en los coches deportivos.
Si un coche tiene un centro de gravedad alto, experimentará una mayor transferencia de carga con la misma aceleración lateral. Eso reduce la fuerza de deriva total y hace más difícil ir rápido, de modo que se baja el centro de gravedad para obtener todo el agarre posible y mejorar las prestaciones del coche.
Una vez confirmada esta característica de los neumáticos, podemos pasar por fin a la puesta a punto de la suspensión.
¿Qué determina el reparto delantero-trasero de la transferencia de carga?
Empecemos por el punto (4): «Los dos factores principales que determinan el reparto delantero-trasero de la transferencia de carga».
【Elementos relacionados con la rigidez al balanceo】 (Ejemplos)
・Muelles helicoidales
・Barras estabilizadoras
・Grado de compresión de los topes de suspensión
etc.
【Elementos relacionados con el ángulo de los brazos de suspensión】 (Ejemplos)
・Altura de marcha
・Correctores del centro de balanceo
・Fuerza de amortiguación
etc.
Por ejemplo, si endureces los muelles delanteros y ablandas los traseros, una mayor proporción de la transferencia de carga recaerá sobre el eje delantero durante el balanceo.
Como hemos visto antes, los neumáticos presentan sensibilidad a la carga, así que, si una mayor proporción de la transferencia de carga recae sobre el eje delantero, disminuye la fuerza de deriva total de los neumáticos delanteros izquierdo y derecho, por lo que al coche le cuesta más girar.
Sin embargo, esos no son los únicos factores que determinan el reparto delantero-trasero de la transferencia de carga.
Este reparto también cambia en función del ángulo de los brazos de suspensión.
Por ejemplo, si inicialmente los brazos están paralelos al suelo y aumentas la altura de marcha, quedarán inclinados hacia abajo en dirección al exterior del coche. Si aumentas únicamente la altura delantera mientras los brazos traseros permanecen paralelos al suelo, cambia el ángulo de los brazos delanteros. Durante el balanceo, esto hace que una mayor proporción de la transferencia de carga se transmita a través de ellos.
Pero aquí hay que tener cuidado. Lo importante es que esa diferencia entre el eje delantero y el trasero solo cambia el reparto de la transferencia de carga. No significa que la transferencia de carga total del coche aumente en esa misma cantidad.
La transferencia de carga total del coche viene determinada por cuatro factores: peso del vehículo, aceleración lateral, altura del centro de gravedad y ancho de vía. A partir de ese total, el reparto entre los ejes delantero y trasero cambia en función de factores como la rigidez al balanceo y el ángulo de los brazos de suspensión.
Como inciso, a veces veo afirmaciones como: «Si aumentas la rigidez al balanceo delantera, el tren delantero balancea menos que el trasero y eso hace que al coche le cueste más girar».
Entiendo por qué puede resultar intuitivo pensar en términos de «balanceo delantero» y «balanceo trasero», pero el balanceo de la carrocería es un movimiento en el que esta gira alrededor del eje de balanceo que conecta los centros de balanceo delantero y trasero (※), y el ángulo de balanceo se refiere al ángulo de rotación de la carrocería. Por tanto, siempre que la carrocería no se torsione, los ángulos de balanceo delantero y trasero son iguales.
Dicho de otra manera, esto también nos dice que la rigidez de la carrocería es importante, pero ese es otro tema, así que lo dejaré fuera por ahora.
Un coche en movimiento experimenta cabeceo además de balanceo, así que aquí la cosa se complica un poco. Pero sigue siendo cierto que «siempre que la carrocería no se torsione, los ángulos de balanceo delantero y trasero son iguales», así que conviene tenerlo presente.
Lo que cambia con la rigidez al balanceo y el ángulo de los brazos de suspensión no es el equilibrio delantero-trasero del ángulo de balanceo, sino el reparto delantero-trasero de la transferencia de carga.
(※ Estrictamente hablando, también existe una forma de definir el balanceo como un movimiento de rotación alrededor de un eje longitudinal que atraviesa el centro de gravedad del coche y es paralelo al suelo. Por tanto, decir que el eje que une los centros de balanceo delantero y trasero es el eje de balanceo no es necesariamente la única respuesta correcta. Aquí he utilizado la expresión más habitual. Es un tema importante, así que escribiré otro artículo sobre ello más adelante. Si no tienes ni idea de qué estoy hablando, puedes saltarte tranquilamente esta parte).
Por cierto, ¿por qué influyen la altura de marcha y la fuerza de amortiguación en el ángulo de los brazos de suspensión?
La razón es que, al modificarlas, cambia el ángulo que tienen realmente los brazos mientras el coche está en movimiento.
Cuando cambias la altura de marcha, cambia el ángulo de los brazos, así que el ángulo que tienen cuando el coche alcanza un determinado ángulo de balanceo también será diferente al que tenían antes de modificar la altura.
Como resultado, cambia el reparto delantero-trasero de la transferencia de carga y, con él, el comportamiento del coche.
En cuanto a la fuerza de amortiguación, modifica la velocidad del balanceo y del cabeceo, por lo que cambia la respuesta transitoria.
Si la fuerza de amortiguación es baja, el ángulo de los brazos cambia más rápidamente, de modo que ya en una fase más temprana el cambio es mayor. Si la fuerza de amortiguación es alta, esos cambios se producen más lentamente.
Por ejemplo, esta es una de las razones por las que llevar la amortiguación trasera en la posición más blanda puede hacer que el coche tienda al sobreviraje en la entrada de la curva.
Sin embargo, una vez que el balanceo alcanza su máximo y el coche entra en régimen de viraje estacionario, los brazos de suspensión dejan de moverse, por lo que la fuerza de amortiguación deja de tener efecto en esas condiciones.
Al mismo tiempo, la fuerza de amortiguación también interviene directamente en cómo se transmite la transferencia de carga a los neumáticos, por lo que sus efectos no se limitan únicamente a esta función.
Cómo cambia el equilibrio con la altura del centro de balanceo
Y por último, veamos el punto (5): «La altura del centro de balanceo modifica la influencia relativa de cada factor».
En realidad, esto debería explicarse con ecuaciones, pero esta vez voy a intentar explicarlo sin utilizar ninguna, para que el artículo sea más fácil de leer.
Eso significa que algunas expresiones serán inevitablemente un poco vagas y, por tanto, algo menos precisas, así que tenlo en cuenta.
Si quieres conocer los detalles, te recomiendo echar un vistazo a la página siguiente. Por desgracia, está escrita en japonés. Busqué algo parecido en inglés, pero no encontré nada que me pareciera adecuado.
Algún día escribiré un artículo sobre esto. Hasta entonces, habrá que tener un poco de paciencia.
Bien, hemos visto que la transferencia de carga total del coche viene determinada por cuatro factores —peso del vehículo, aceleración lateral, altura del centro de gravedad y ancho de vía— y que el reparto de esa transferencia entre los ejes delantero y trasero viene determinado por la rigidez al balanceo y el ángulo de los brazos de suspensión.
Como resultado, si aumenta la transferencia de carga en el eje delantero, disminuye la fuerza de deriva total de los neumáticos delanteros izquierdo y derecho. Del mismo modo, si aumenta la transferencia de carga en el eje trasero, disminuye la fuerza de deriva total de los neumáticos traseros izquierdo y derecho.
Por cierto, cuanto mayor sea la distancia entre el centro de gravedad y el eje de balanceo —el brazo de momento de balanceo—, mayor será el balanceo de la carrocería.
A la inversa, cuanto más corto sea el brazo de momento de balanceo, menor será el balanceo. Pero ¿qué ocurriría si el eje de balanceo y el centro de gravedad estuvieran exactamente a la misma altura? Es decir, ¿qué pasaría si el brazo de momento de balanceo fuera cero?
En ese caso, la suspensión no tendría ningún movimiento de balanceo, aunque el coche estuviera tomando una curva.
Sin embargo, seguiría produciéndose transferencia de carga, por lo que el coche se inclinaría únicamente por la deformación de los neumáticos.
Sería algo así como un coche con una suspensión que no permite movimiento de balanceo o, quizá, como una caja rectangular a la que simplemente le hubieran puesto unos neumáticos.
(Por cierto, si desde ese punto elevamos todavía más el eje de balanceo, el sentido del balanceo se invierte).
Entonces, ¿qué ocurre en este caso con el reparto delantero-trasero de la transferencia de carga?
Coincide con el reparto de peso delantero-trasero a 1 g.
Supongamos, por ejemplo, que tenemos un coche con un reparto de peso delantero-trasero de 60:40. Si elevamos el eje de balanceo hasta que el brazo de momento de balanceo sea cero, el reparto delantero-trasero de la transferencia de carga en curva también será de 60:40.
Ahora hagamos lo contrario y bajemos el eje de balanceo.
Si seguimos bajándolo hasta que quede a la misma altura que el suelo, el brazo de momento de balanceo será igual a la altura del centro de gravedad, de modo que el reparto delantero-trasero de la transferencia de carga pasará a ser igual al reparto delantero-trasero de la rigidez al balanceo.
En ese punto, el reparto de peso delantero-trasero a 1 g deja de importar. Así que, por ejemplo, si tenemos un coche con un reparto de peso delantero-trasero de 60:40 a 1 g y un reparto de rigidez al balanceo de 50:50, bajar el eje de balanceo hasta la altura del suelo hará que el reparto delantero-trasero de la transferencia de carga sea de 50:50.
(Por cierto, si bajamos todavía más el eje de balanceo, se invierte el sentido del momento transmitido a la carrocería a través de los brazos de suspensión. Sin embargo, como este queda compensado por el momento de balanceo soportado por la rigidez al balanceo, el sentido final del balanceo no cambia).
Por último, ¿qué ocurre si el eje de balanceo está a la mitad de la altura del centro de gravedad?
En ese caso, ambos factores —el reparto delantero-trasero del peso a 1 g y el reparto delantero-trasero de la rigidez al balanceo— influyen por igual.
Si a partir de ahí elevamos gradualmente el eje de balanceo, aumenta la influencia del reparto delantero-trasero del peso a 1 g. Si lo bajamos gradualmente, aumenta la influencia del reparto delantero-trasero de la rigidez al balanceo.
Esta vez, para poder explicarlo todo únicamente con texto y mantener el artículo fácil de leer, he omitido los efectos del ancho de vía y otros factores.
Creo que esta explicación funciona bien para entender la tendencia general, pero si quieres hacer cálculos detallados, ten en cuenta que los resultados pueden variar un poco según las condiciones.
Si realmente quieres profundizar en este tema en inglés, la siguiente página puede resultarte útil. Sin embargo, la explicación se centra básicamente en un solo eje —delantero o trasero—, así que difiere un poco del punto central que estamos tratando aquí.
«Geometric & Elastic Weight Transfer and the Roll Centre»
Así que esta vez he hablado de los mecanismos por los que modificar la rigidez al balanceo o la altura de marcha cambia el comportamiento del coche.
En cierto modo, podríamos decir que esto es una puesta a punto basada en la transferencia de carga. Hay otras formas de ajustar el comportamiento del coche, como la presión de los neumáticos, la alineación o la aerodinámica, pero todo lo relacionado con la transferencia de carga es uno de los aspectos fundamentales para comprender los mecanismos de la suspensión.
Espero que todo esto te resulte útil de alguna manera.