Suspensión y dirección, detalles de su geometría

Tabla de contenidos

Las asistencias más frecuentes en carretera son dos; la primera por causas relacionadas con la batería y en segundo lugar las que afectan a los neumáticos.

Los incidentes en los que la batería está implicada, aunque no sea la responsable, en algunos casos los podría haber detectado el conductor por determinados síntomas, si no ha sido así se presentarán intempestivamente y habrán de ser solucionados.

Estos incidente relacionados con la batería pueden afectar a la seguridad activa o primaria, pero no siempre es así.

Sin embargo, los incidentes que afectan a los neumáticos sí tienen gran relevancia en esta seguridad, pues pueden producirse accidentes en los que ha de intervenir la seguridad pasiva secundaria, para proteger a los ocupantes, y la terciaria para agilizar la evacuación y asistencia.

Por estas razones , y este tema afecta a todos los vehículos sea cual sea a energía que utilizan para su desplazamiento.

En este enlace a un módulo de curso del blog tienes información sobre la seguridad del automóvil.

Ruedas y especialmente los neumáticos son la segunda causa de asistencia en carretera

Muchos de los incidentes son por falta de control y mantenimiento

El principal mantenimiento de los neumáticos es comprobar su presión, se ha de hacer estando fríos o sin haber recorrido más de 3 a 4 km.

Se suele considerar que la presión puede estar ± 0,3 bares de la preconizada sin que afecte al comportamiento, pero con calor exterior es preferible que esté al valor indicado o incluso el mayor autorizado (+ 0,3 bares).

También se ha de valorar el estado general del neumático, especialmente el del dibujo en cuanto a su profundidad y uniformidad de desgaste.

La profundidad límite la resaltan los indicadores de desgaste, llegan al ras de la banda de rodamiento cuando queda una profundidad de 1,6 mm y es obligatorio sustituirlos, pero es mejor hacerlo antes para mantener buena capacidad de drenaje de agua y suciedad del piso evitando aquaplaning.

El dibujo en la banda de rodamiento se debe ir desgastando de forma uniforme, si no es así lo más frecuentes en que la causa sea ajena a las ruedas
Se han de sustituir los neumáticos, como se ha comentado, al llegar el dibujo al ras de los testigos de desgaste, antes mejor
Arriba a la izquierda se ven de frente dos ruedas desmontadas del coche y se resaltan los testigos de desgaste, situados en ocho zonas de la banda de rodamiento cuyas posiciones están indicadas mediante marcas en los hombros
Las dos ruedas de arriba a la derecha están montadas en el coche, soportando su peso
Se representan dos situaciones, con presión correcta y presión menor de la debida
Presión correcta; la deformación de los flancos al circular es la prevista en diseño, no afectando a la estructura interna del neumático
La temperatura aumenta por el rozamiento de las lonas internas, lo que hacer subir también la presión, por eso se ha de comprobar en frío
Menor presión; la mayor deformación de los flancos circulando incrementa el rozamiento interno de las lonas, sube más de lo previsto la presión y temperatura con riesgo de que en situaciones extremas se llegue a producir un reventón por deterioro de los materiales del neumático
Con algo más de presión dentro de lo autorizado se reduce la deformación de los flancos al circular, limitando el incremento de presión y temperatura por el menor rozamiento de las lonas de la estructura interna

Hay seis imágenes inferiores que vamos a explicar de izquierda a derecha:

Con defecto de presión:

Además de lo que se ha comentado, aumenta el desgaste de la banda de rodamiento por los lados

Con exceso de presión:

El desgaste es mayor por el centro de la banda de rodamiento
Para que se llegue a presentar ha de haberse superado en bastante la presión preconizada

En frenada de emergencia:

Cuando el ABS no era equipo obligatorio, se podía producir desgaste en la zona de la banda de rodamiento que fricciona sobre el piso al estar bloqueada la rueda
El ABS evita el bloqueo al frenar, por lo que si este desgaste aparece será a causa de deformación de elemento frenante, alabeo de disco u ovalización del tambor
También se puede presentar si hay un punto duro en el giro de la rueda, provocado por un rodamiento defectuoso que se detectaría por ruido de sirena al circular

Amortiguador defectuoso:

Si algún amortiguador no puede mantener la rueda en permanente contacto con el suelo, se producen rebotes con alteraciones de la fuerza de apoyo entre rueda y suelo, generando desgastes en zonas aleatorias de la banda de rodamiento
Este efecto se puede también producir, en menor mediada, por un gran desequilibrado de la rueda

Si se presenta más desgaste por interior o exterior de la banda de rodamiento:

La causa más probable, si es en las dos ruedas del mismo eje, es que sea debido a un reglaje incorrecto de paralelo de las ruedas
Si el desgaste es en un solo neumático es probable que sea por defecto del ángulo de caída
Estos dos aspectos de la geometría los veremos seguidamente

Si el desgaste llega a las lonas internas, se reduce drásticamente la adherencia con el suelo y hay graves riesgos de deterioro por descomposición de las lonas llegando a reventar el neumático.

En estos enlaces al blog podrás ver que es el aquaplaning: sin aquaplaning, aquaplaning por velocidad y aquaplaning por desgaste.

Geometría de suspensión y dirección

Identificación de elementos y ejes

Vemos tres imágenes, con coche de lado, de frente y en planta:

Coche en vista lateral

En las ruedas delanteras se representan las dos rótulas de giro de la dirección y el eje que las une, eje de rótulas
Se aprecia que el eje de rótulas no es vertical y como veremos llevará al ángulo de avance
La suspensión delantera representada es independiente en este coche

Coche en vista frontal

Se representan las dos rótulas de giro de la dirección y el eje que las une, eje de rótulas
En esta vista se observa que el eje de rótulas tampoco es vertical, y nos llevará al ángulo de pivote
Se observa que las ruedas son perpendiculares al suelo, esta posición y sus variaciones nos llevará al ángulo de caída
La suspensión delantera que se ve es por eje rígido

Coche visto en planta

Se ven las dos rótulas en cada rueda delantera, y el eje de rótulas que las une
Este eje no es vertical, ya se ha representado en las dos vistas anteriores, lateral y frontal y se mantienen sus inclinaciones
También se ven los ejes de trayectoria de las ruedas, delanteras y traseras, que son paralelas al eje longitudinal del automóvil en la imagen
En los tres detalles a la izquierda del coche se ven las tres posibilidades de reglaje del paralelo representado en las ruedas delanteras; paralelo neutro o “0” en el que las ruedas son paralelas entre sí, convergencia cuando las ruedas están cerradas por delante y divergencia cuando está abiertas por delante
En este automóvil la suspensión delantera es independiente y la trasera por eje rígido

Ángulo de avance

Vista lateral

La definición de este ángulo de avance y el de pivote es la misma, pero en el primero viendo el automóvil de lado y en el segundo de frente.

Para explicar el ángulo de avance en sus tres posibles implantaciones se ven tantos vehículos de lado, con detalle ampliado del ángulo de cada uno.

El ángulo de avance es el formado por el eje que une las rótulas o puntos de giro de la dirección con la vertical, viendo el vehículo de lado:

Las funciones del ángulo de avance son aportar efecto direccional, es decir mantener la trayectoria recta circulando, y favorecer el retorno de la dirección tras girar el volante
El ángulo de avance afecta proporcionalmente a su valor a la dureza de dirección

Avance neutro “’0”

En este caso el eje que une las rótulas o puntos de giro de la dirección es vertical, por lo que ángulo de avance es “0”
No hay efectos direccionales dinámicos
La suspensión delantera de este coche es independiente mediante conjuntos hidroneumáticos

Avance positivo +

La rótula inferior está adelantada con relación a la superior, lo que da un ángulo con la vertical, es el ángulo de avance con valor positivo
Se producen efectos direccionales circulando en recta proporcionales al valor del ángulo, por el equilibrio de la tendencia direccional de cada rueda que se compensan, por eso el ángulo de avance ha de ser igual en las dos ruedas dentro de sus tolerancias
Tras girar el volante, al soltarlo se produce efecto de auto retorno al punto medio, proporcional a la velocidad de marcha
Al variar la inclinación de las ruedas al girar la dirección se producen efectos en la suspensión que tienden a que las ruedas recuperen la posición de dirección centrada y el equilibrio de fuerzas
Las fuerzas que se generan en el suelo por el ángulo de avance hace que las ruedas tiendan al punto medio de dirección, por lo que el avance ha de ser igual en ambas o se desviaría el coche hacia el lado de la rueda con menor ángulo de avance
Al girar el volante se aprecia más dureza proporcional al valor del ángulo de avance y se inclinan las ruedas sobre la vertical del suelo, como se ha comentado
El coche representado tiene suspensión delantera independiente con barras de torsión longitudinales

Avance negativo –

La rótula inferior está hacia atrás con relación a la superior, lo que da un ángulo con la vertical, es el ángulo de avance con valor negativo
Los efectos son similares al avance positivo, proporcionales al valor del ángulo
Con avance negativo la inclinación de las ruedas en curva es inversa a la que se produce con avance positivo, lo que puede llegar a reducir posible tendencia al vuelco
El camión que vemos tiene suspensión delantera por eje rígido con ballestas longitudinales

El ángulo de avance puede ser fijo y determinado por los elementos de suspensión y sus anclajes en la estructura de la carrocería, o regulable por diferentes sistemas que permiten modificar la posición de los citados elementos de suspensión o sus anclajes.

El valor del ángulo de avance ha de ser el mismo en las dos ruedas, o que esté dentro de las tolerancias, para evitar desvíos de trayectoria y pérdida de estabilidad.

Defectos en el ángulo de avance no afectan al desgaste de los neumáticos.

Ángulos de pivote y caída

Vista de frente con suspensión por eje rígido

Para estos dos ángulos se ha de ver el vehículo de frente, para lo que utilizamos tres en los que se representan los dos ángulos:

Ángulo de pivote

Es el formado por la vertical y el eje que une las rótulas de giro de la dirección, se representa en los tres vehículos
Siempre es en el mismo sentido; rótula inferior más hacia el exterior que la rótula superior
Genera efectos dinámicos direccionales y de retorno de dirección similares al avance
Colabora en el mantenimiento de la trayectoria recta
La dureza de giro de la dirección es proporcional al valor del ángulo de pivote
El ángulo de pivote no suele ser regulable, pero varía si es ajustable el ángulo de caída que vemos a continuación

Ángulo de caída

Está formado por la vertical y el eje de simetría de la rueda y puede ser de tres tipos, cada uno de estos se representa en los vehículos
Colabora con el ángulo de pivote en la geometría de asentamiento de la rueda en el suelo, en lo que también afecta el bombeo de llanta que se menciona al final
1. Caída “0” o neutra
- Las ruedas son perpendiculares al suelo, coincide la vertical con el eje que une las rótulas de giro de la dirección
- No afecta a la capacidad direccional por si mismo
- El desgaste es uniforme en la banda de rodamiento y, como se ha adelantado no ejerce efectos direccionales en las ruedas
2. Caída positiva +
- La rueda está inclinada con respecto a la vertical, más hacia el interior por el suelo que por arriba
- La rueda tiende a meterse en el semieje lo que reduce esfuerzos de tiro a elementos de suspensión, dirección y transmisión si es eje motriz
- Según su valor puede reducir la estabilidad en curva
- Más desgaste por el exterior de la banda de rodamiento y tendencia a que las ruedas abran (divergencia), si no es el mismo ángulo de caída en las dos ruedas habrá desvío de trayectoria
3. Caída negativa –
- La rueda está inclinada con respecto a la vertical, más hacia el exterior por el suelo que por arriba
- La rueda tiende a salirse en el semieje lo que aumenta esfuerzos de tiro a elementos de suspensión, dirección y transmisión si es eje motriz
- Favorece la estabilidad en curva
- Más desgaste por el interior de la banda de rodamiento y tendencia a que las ruedas cierren (convergencia), si no es el mismo ángulo de caída en las dos ruedas habrá desvío de trayectoria

El ángulo de caída puede ser regulable, lo que afectará al ángulo de pivote.

Vista de frente con suspensión independiente

Se ven tres vehículos son suspensión independiente en los que se representan el ángulo de pivote y el de caída, esta última en cada una de sus posibilidades; 4. Neutra o “0”, 5. Positiva + y 6. Negativa –:

Las explicaciones son las mismas que para la anterior diapositiva con vehículos que tienen suspensión por eje rígido
Hay una particularidad con suspensión independiente; al subir y bajar las suspensiones, los desplazamiento de las rótulas o puntos de giro de la dirección siguen trayectorias distintas lo que implica variaciones dinámicas en los ángulos
Estas alteraciones se han tenido en cuenta en el diseño, para que las modificaciones dinámicas de la geometría con relación a la estática sigan manteniendo capacidad direccional, estabilidad y no provoquen desgastes de los neumáticos

Identificación de caída y paralelo en las cuatro ruedas de estos automóviles

Vista en planta con diferentes suspensiones; eje rígido, independiente y eje torsional

Se representa en estos vehículos, que están parados, diversas posibilidades de valores de los ángulos de caída de sus ruedas y el paralelo en los dos ejes, resaltando las zonas de mayor desgaste, que puede ser uniforme y correcto, excesivo o desequilibrado en la banda de rodamiento.

Si se detectan a tiempo las posibles anomalías de desgaste se podrán evitar situaciones de riesgo.

Se ven posiciones geométricas de las ruedas simétricas entre ejes, pues de no ser así implicaría problemas más graves, probablemente defectos en elementos de suspensión o dirección e incluso daños en la estructura de la carrocería, y el objetivo es valorar el control periódico de los neumáticos para disponer de la seguridad activa o primaria de diseño del automóvil.

Los vehículos representados tienen distintas suspensiones, la principal ventaja de la suspensión independiente, entre otras más, es que la masa suspendida, la que está sustentada sobre las suspensiones, es porcentualmente mayor, lo que permite mejor control de los movimientos de las ruedas en baches, oscilaciones y balanceos:

Suspensiones delantera y trasera por eje rígido, se da por hecho que los reglajes son los previstos para este vehículo:

- Delante y detrás caída y paralelo son neutros “0”; lo que indica que en marcha los efectos de los ángulos de geometría de suspensión y dirección no afectan al paralelo dinámico
- El desgaste de los neumáticos es uniforme, habría que valorar la profundidad del dibujo con los testigos de desgaste

En los siguientes vehículos, si la caída es la prevista no habrá problemas de desgaste, y si el paralelo es el correcto (en parado) para compensar tendencias dinámicas de las ruedas circulando tampoco provocará desgastes.

En cada caso consideramos que son medidas incorrectas, exagerando la posición geométrica para que resalte más, y se indican en los textos los efectos sobre el desgaste de los neumáticos.

Suspensión delantera independiente y detrás por eje rígido:

- Delante (independiente)
- Caída negativa lo que implica desgaste por dentro
- Paralelo con convergencia; desgastes por fuera
- Detrás (eje rígido)
- Caída positiva más desgaste por fuera
- Paralelo “0”; desgaste uniforme

Suspensión delantera independiente y detrás por eje torsional:

- Delante (independiente)
- Caída negativa lo que supone desgaste por dentro
- Paralelo “0”; desgaste uniforme
- Detrás (eje torsional)
- Caída “0” desgaste uniforme
- Paralelo con convergencia; desgaste por fuera

Suspensión delantera y trasera independientes:

- Delante (independiente)
- Caída positiva con desgaste por fuera
- Paralelo con divergencia; desgastes por dentro
- Detrás (independiente)
- Caída “0” desgaste uniforme
- Paralelo “0”; desgaste uniforme

Suspensión delantera y trasera independientes:

- Delante (independiente)
- Caída “0” lo que implica desgaste uniforme
- Paralelo con divergencia; desgastes por dentro
- Detrás (independiente)
- Caída negativa más desgaste por dentro
- Paralelo “0”; desgaste uniforme

Suspensión delantera y trasera independientes:

- Delante (independiente)
- Caída positiva más desgaste por fuera
- Paralelo con convergencia; desgastes por fuera
- Detrás (independiente)
- Caída negativa más desgaste por dentro
- Paralelo “0”; desgaste uniforme

El paralelo es regulable y se hace el último si hay más ángulos ajustables, pues si estos varían también lo hace el paralelo y no a la inversa.

Si se ha detectado un desgaste anómalo en los neumáticos a tiempo, se han de realizar los controles de la geometría que afecta a las ruedas y corregir, seguir utilizando los neumáticos y recuperar las capacidades de estabilidad y control, aspectos por si mismos trascendentales y que además son la base para la correcta actuación del ABS y sus múltiples derivados, seguridad activa o primaria.

Identificación de desgastes en los neumáticos delanteros

Vista de frente resaltando los desgastes en rojo con posición de las ruedas desde el puesto del conductor

Lo vamos a ver sobre ocho vehículos numerados del 13 al 20:

Desgaste de los dos neumáticos por fuera de la banda de rodamiento (sin ABS):

- El desgaste más plausible al ser en los dos neumáticos es que haya exceso de convergencia
- Podría ser por caída positiva en ambas ruedas, lo que es muy poco probable

Desgaste en una zona de la banda de rodamiento en el neumático derecho y por dentro en el izquierdo (sin ABS):

- En la rueda derecha lo más probable es que se debido a una fuerte frenada que ha desgastado la zona en la que se ha bloqueado la rueda. Si no ha pasado en la otra rueda será porque la adherencia era menor, o alguna otra causa que ha evitado que la rueda se bloquee al frenar fuerte
- En la rueda izquierda el desgaste es por caída negativa lo más probable

Desgaste por fuera de la banda de rodamiento en el neumático derecho y en una zona en el izquierdo (con ABS):

- Caída positiva en la rueda derecha es lo más habitual
- Al tener ABS no se bloquean las ruedas al frenar, por lo que lo más habitual es que el desgaste sea por alabeo del disco u ovalización del tambor, y tal vez pero mucho menos probable por rodamiento con un punto duro en su giro

Desgaste uniforme en la banda de rodamiento de los dos neumáticos (con ABS):

- Si el abombamiento de los flancos es debido a presión baja, se producirán desgastes tal como se ve en el coche de la imagen 19

Desgastes por dentro de la banda de rodamiento en los dos neumáticos (con ABS):

- Exceso de divergencia es la causa más frecuente de este desgaste en ambos neumáticos
- Podría ser, pero muy poco probable, por caída negativa en las dos ruedas

Desgaste por el centro de la banda de rodamiento en los dos neumáticos (con ABS):

- Exceso de presión en los dos neumáticos

Desgastes por los dos lados de la banda de rodamiento en los dos neumáticos (con ABS):

- Presión insuficiente en los dos neumáticos

Desgaste uniforme en la banda de rodamiento del neumático derecho y en varias zonas en el izquierdo (con ABS):

- Defecto del amortiguador de la rueda izquierda, que al rebotar en el suelo se producen puntos aleatorios de fricción

Con esta diapositiva terminamos lo que queríamos explicar, que se resume en controlar periódicamente la presión de los neumáticos y valorar el estado de desgaste del dibujo de la banda de rodamiento.

Tras terminar esta diapositiva he decidido incluir una más que podría interesar a quienes les guste más la tecnología del automóvil.

Radio de pivotamiento

Vista de frente con suspensión independiente Mc Pherson y distintos sistemas elásticos; hidroneumáticas, muelles y conjuntos neumáticos (aire a presión)

En principio no pensaba incluir en el artículo esta diapositiva con sus explicaciones, ya lo he dicho, es más técnica si cabe que lo anterior que hemos visto.

Pero me ha parecido adecuado incluirla para valorar en su conjunto la complejidad del diseño del automóvil, en este caso relacionado con la geometría de los elementos de unión de las ruedas con la carrocería, que determina sus reacciones y de lo que depende principalmente la eficacia de la calidad del contacto entre los neumáticos y el suelo.

La geometría de la suspensión y dirección es para lograr el mejor comportamiento posible en todas las condiciones de circulación del automóvil, facilitando la labor de conducción manteniendo la trayectoria, el retorno de la dirección, confort … y todo esto sin afectar a desgastes anómalos en los neumáticos.

Uno de los factores que más influye en el diseño de los ángulos que hemos comentado es la interacción de unos sobre otros, que han de estar compensados, y un detalle interesante es el radio de pivotamiento.

No vamos a explicarlo con texto añadido, está en la diapositiva.

Si te interesa saber más puedes consultar otro artículo del blog, que además de este tema trata de la geometría de suspensión y dirección en su conjunto.

Y en estos dos se ven y explican diferentes elementos elásticos de suspensión; 1 y 2, los que se han mencionado y otros más.

El objetivo de este artículo es tratar de hacer responsables a los conductores en el mantenimiento de su automóvil, mediante sencillos controles y comprobaciones.

Si no lo hace personalmente lo puede encargar a expertos, pero es necesario para evitar complicaciones y riesgos, que en el caso de los neumáticos afectan a la seguridad activa o primaria cuyas funciones son evitar accidentes.