Nuevas tecnologías
La incorporan modelos deportivos y de alta gama de última generación. Busca no solo mejorar el confort para los ocupantes, sino también intervenir para lograr un mejor comportamiento dinámico del automóvil.
Suspensión activa del motor
Los automóviles de anteriores generaciones y muchos modelos de las actuales, se diseñan con sistemas de suspensión y de dirección enteramente mecánicos (con la excepción de las direcciones hidráulicas y eléctricas) que reciben las vibraciones y asperezas de funcionamiento del motor filtradas parcialmente por las patas que lo sostienen. Estos soportes consisten en bloques de caucho sintético sólido conformados con piezas metálicas o bien en anclajes de goma con cámaras rellenas con una solución de alcohol o de aceite liviano. Y precisamente estas cosas son las que muchos conductores quieren porque señalan, y con razón, que así pueden percibir de forma plena el contacto de las ruedas con el camino y que también les resulta agradable recibir leves vibraciones del motor, que, de acuerdo a su intensidad, le alertan sobre posibles fallas. Y no les molesta girar el volante con el vehículo detenido, por ejemplo al estacionar, ni sentir que una rueda se ha topado con un bache, porque así serán más cuidadosos al pasar por el mismo lugar y les dará, si son aficionados a la mecánica, la oportunidad para echar una mirada de vez en cuando al chasis para comprobar que todo esté en orden.
A esta clase de conductores, se oponen otros ‒y aquí no existen barreras entre las edades‒ que prefieren girar con un dedo el volante de su vehículo equipado con servodirección, dejar que las ultraavanzadas suspensiones se encarguen de “tragarse” los obstáculos, y que las eventuales oscilaciones que transmite el motor no perturben sus nervios ni la audición de su música preferida que propala el equipo de audio de última generación. Y entonces aquí hacemos una pregunta sobre la viabilidad de los sistemas propuestos y podríamos contestarla del siguiente modo: se justifican si los equipos servo y de suspensión (del motor y de las ruedas) de alta tecnología ayudan de verdad a las personas que los necesitan o que disfrutan de ellos, pero eso no significa que no tengan que pagar un alto precio por ello, no solo en metálico, sino también en la pérdida parcial y a veces muy significativa de las maravillosas sensaciones táctiles y auditivas que nos comunica el rodado. Es una cuestión de preferencias, y deben respetarse los deseos de los clientes, siempre y cuando dichos elementos no pongan en riesgo su seguridad, sino al contrario, tendrán que, dentro de las posibilidades técnicas, aumentarla. Por ejemplo, haciendo que la servodirección sea de dureza variable, para que el que maneja no pierda toda la sensibilidad al volante, tal vez en los momentos que más la necesita.
Aislando a la máquina motriz
Automóviles como el Jaguar XJ, el Hyundai Veracruz, el Lexus RX350, el Toyota Camry, el Porsche 911 Turbo, los Audi S8 y R8 y el Rolls-Royce Phantom, entre otros, traen un sistema de suspensión activa para el motor, e incluso para la caja de velocidades, controlada por medios electrónicos. Todo motor de combustión interna produce vibraciones mecánicas propias de su funcionamiento. Entendemos por vibración mecánica al movimiento de vaivén de las moléculas de un cuerpo o sistema debido a que posee características energéticas cinéticas y potenciales. En cualquiera que sea el caso, la excitación es el suministro de energía. Como ejemplos de una excitación constante tenemos el intenso caminar de una persona sobre un puente peatonal y el trabajo del motor de automóvil. De acuerdo a lo que señala el ingeniero Jorge Carro Suárez del Instituto Tecnológico de Puebla, México, el método tradicional para aislar la transmisión de vibración desde una fuente vibratoria (en este caso, el motor a chispa o Diesel) instalada sobre un soporte estructural (el chasis del vehículo), es separar la máquina de la estructura por medio de soportes elásticos de disipación, representados por los tacos de goma interpuestos entre el motor y el chasis. Este tipo de control de vibraciones, universalmente
adoptado hasta hace pocos años por los fabricantes de vehículos, que no requiere de una fuente de energía externa para su funcionamiento, se denomina control pasivo, e involucra la reducción de las vibraciones por medio de materiales elásticos. La principal desventaja de este tipo de aislamiento, citada por Carro Suárez en su extenso trabajo sobre el tema que nos ocupa, está en la limitación de eliminar sólo las vibraciones en el rango de frecuencia para el cual fue calculado, por lo cual puede resultar ineficiente o inestable si dicho rango cambia. Adicionalmente, los aislantes o soportes de motor pasivos tienen la restricción de que el soporte debe tener una rigidez lo suficientemente baja para que la frecuencia de resonancia de la máquina, montada sobre los soportes, sea considerablemente menor que la propia frecuencia de operación del motor. Si la frecuencia de resonancia de un motor llega a límites críticos, los resultados pueden causar serios daños a la máquina. Una opción para evitar estos problemas es adicionar un sistema de control activo con soportes convencionales de control de vibración pasivos.
El sistema se vuelve mucho más confiable ya que si el sistema de control de vibración activo falla, el del soporte pasivo continúa funcionando. Cabe consignar aquí el esfuerzo de Peugeot para desarrollar un sistema de suspensión de motor diferente al convencional, y que podríamos designar como semi-activo. Los técnicos de la empresa gala pusieron a punto una instalación hidráulica que conecta a los amortiguadores con los soportes del motor. Con esto se consigue un control de la rigidez de los soportes en dependencia de las condiciones de marcha del motor y del vehículo. Normalmente hay tres patas que soportan al motor, pero también hay casos del empleo de solamente dos. Como los tacos son de goma y aíslan eléctricamente al motor de la masa metálica del vehículo, siempre encontramos un cable especial de masa que une al propulsor con el chasis.
Aspectos generales
El control activo involucra el uso de una fuente de energía externa, sensores, actuadores y algún tipo de control electrónico con el objeto específico de reducir o mantener los niveles de vibración dentro de los márgenes definidos previamente. Un sistema de aislamiento activo de vibraciones puede considerarse como uno en el cual las fuerzas de disipación son recalculadas continuamente para obtener las características de funcionamiento deseadas. Las ventajas principales son: - Suministran o disipan energía cuando se requiere. - Permiten atenuar vibraciones en un rango amplio de frecuencias. - Toleran diferentes tipos de perturbaciones. Se han desarrollado diferentes sistemas activos para los soportes del motor, y se destacan los diseñados por Continental de Alemania y Toyota de Japón. El ingeniero Kai Uwe Frühauf de la Powertrain Division de la firma germana, describe a su sistema como a uno compuesto básicamente de cuatro componentes, y que se basa en el principio de la “contra-vibración”: un actuador que genera contravibraciones, una computadora de control, un amplificador de potencia y varios sensores de aceleración (acelerómetros), además, claro está, de los soportes del motor propiamente dichos, del tipo de cámara
hidráulica. Al generar artificialmente contra-vibración de las mismas constantes físicas que la producida por el motor, se produce un efecto de anulación mutuo que elimina el proceso vibratorio. Otro profesional, el instructor inglés Robert Jansen, nos habla del sistema de Toyota, conocido por sus siglas en inglés ACM (Active Control Engine Mount, control activo de los montantes del motor), que trabaja con el vacío del motor y con soportes hidroneumáticos, conectados a los tubos de vacío y controlados por un microprocesador. La dureza de los soportes y la absorción de vibraciones están íntimamente relacionadas con las condiciones de funcionamiento de la máquina y también con el estado de la carretera. Los motores actuales tienden a vibrar más, debido al masivo empleo del aluminio y a los chasis más livianos, además de la actuación de sistemas que promueven las vibraciones, como los de cilindrada variable, que se aplican en diferentes motores, como por ejemplo en unidades V8 de Chrysler y de General Motors. Asimismo, los Diesel de última generación y los doble turbo a nafta tienden a vibrar más en la marcha lenta.
Más estudios
El investigador Viktor Berbyuk, del Politécnico de Goteborg, Suecia, realizó un proyecto de suspensión activa de la planta motriz de unidades Volvo, contando con la financiación del fabricante y de la agencia gubernamental sueca para los sistemas innovadores (VINNOVA). El detallado estudio que publicó el Politécnico especifica que las vibraciones inducidas por los motores de los automóviles cubren un rango de frecuencias de 30-250 Hz (ciclos por segundo), con una amplitud no menor de 0,3 milímetros. Por su parte, en marcha lenta un motor vibra y produce vibraciones de 30 Hz y amplitudes mayores de 0,3 milímetros. El sistema de control activo desarrollado en dicha alta casa de estudios, demostró que puede cumplir con las contradictorias exigencias de absorción de vibraciones por parte de los propulsores actuales. Por ejemplo, para aislar los ruidos y las fuerzas desde el motor de la estructura del vehículo, es deseable una reducción de la rigidez de los soportes del motor. Sin embargo, esta reducción debe ser contenida por las limitaciones en el movimiento relativo del
motor, para satisfacer los apremios mecánicos y el hecho de que los soportes del motor deben soportar el peso de la máquina. Otro sueco, el ingeniero Fredrik Jonsson de la Universidad de Linköping (ciudad donde Saab tiene fábricas), ha estudiado los sistemas magneto-reológicos para los soportes activos, haciendo variar la viscosidad del aceite contenido en las cámaras de las patas del motor con el paso de una corriente eléctrica. A mayor viscosidad del aceite mayor dureza del soporte y viceversa. Este tipo de soportes es utilizado por ejemplo en el Porsche 911 GT RS de 2020, un modelo súper deportivo y muy veloz que con este sistema aumenta su estabilidad en las curvas rápidas, al endurecerse el soporte. Estos soportes también reducen las vibraciones verticales del motor cuando se acelera a plena carga.
El motor flotante
Nunca fue fácil para los diseñadores mecánicos separar el motor del chasis con puntos de unión flexible. Durante décadas dicha unión fue rígida, y se producían no pocas roturas cuando las condiciones de circulación eran adversas, por ejemplo en terrenos accidentados. Después aparecieron los tacos con contenido de goma y se solucionó el problema no de manera definitiva pero sí con bastante eficacia. Un desarrollo verdaderamente original fue el concebido por Chrysler en 1932 con su “floating power system” (sistema flotante del motor), donde se hacía uso de soportes de goma combinados con pequeños elásticos de hojas transversales, obteniéndose una importante absorción de vibraciones. Este sistema se aplicó en el modelo de lujo Chrysler Imperial, fabricado en Detroit. Enterado André Citroën de este revolucionario diseño, le compró la licencia de fabricación a Chrysler en el mismo año y lo instaló en sus modelos C4G y C8G de la década de 1930, llamándolo “motor flotante”, el primero de estas características en el Viejo Continente. Por otra parte, los europeos enseguida se dieron cuenta de que los motores de cilindros opuestos generan menor cantidad de vibraciones que los de otros tipos, y en este sentido se destacan los propulsores de las marcas Porsche, Volkswagen (con el motor del escarabajo), Citröen (con su famoso dos cilindros), Subaru y varias más.