Efectos de la rigidez de la barra estabilizadora en caminos accidentados y desiguales

Acabo de leer un muy bonito escrito sobre la física de la barra de balanceo . Yo tambien vi Un video que discute el comportamiento de la suspensión en caminos difíciles. .

Supongamos lo siguiente:

• Un vehículo con tracción delantera conducido alrededor de una esquina a una velocidad que, en una carretera seca, suave y nivelada, sería casi la velocidad máxima que podría tomar antes de comenzar a subvirar.
• Para simplificar, cualquier cambio en la barra estabilizadora se haría en la parte delantera y trasera de tal manera que el TLLTD no se vea afectado.
• Choques, puntales, resortes no serían cambiados.
• Por "carreteras accidentadas" me refiero a las condiciones de conducción no perfectas típicas que puede encontrar a diario: piense en parches, costuras y baches en las carreteras, piense en ondulaciones, surcos y depresiones (por ejemplo, desgaste típico de la carretera cerca de señales de alto, carreteras) frecuentado por camiones, etc.) en caminos urbanos, parches posteriores a la construcción, caminos despojados que se están preparando para repavimentación, pozos elevados, depresiones de desagües, ese tipo de cosas. Es una definición amplia, pero no me refiero a condiciones off-road o post-apocalípticas.

En este caso, ¿Cómo afectaría un conjunto más rígido de barras estabilizadoras al manejo del vehículo en un pavimento irregular y irregular? ? Cada discusión sobre la teoría de la suspensión y la física que veo por lo general parece asumir buenas condiciones en la carretera.

Por ejemplo, considere el escenario anterior, girando a la izquierda a la velocidad, luego en el turno golpeo un orificio de bote bastante grande, por ejemplo, de 2-3 cm con la rueda delantera izquierda.

Desde mi comprensión limitada, el efecto de una barra estabilizadora que era demasiado rígida sería uno de los siguientes:

1. El puntal izquierdo se expandiría hacia el bache, ejerciendo una fuerza hacia abajo en la rueda.
2. A través de la barra estabilizadora, parte de esto también se transferiría al lado derecho, ejerciendo una fuerza hacia arriba en el lado derecho del cuerpo.
3. Al salir del bache, entonces, algo ... complicado ocurriría que no puedo entender.

O:

1. El puntal izquierdo haría querer para expandirse en el bache.
2. La expansión del lado izquierdo se limitaría a través de la barra estabilizadora por la fuerza hacia abajo presente en el lado derecho debido al giro.
3. La rueda izquierda tardaría más tiempo en recuperar el contacto con el suelo, lo que provocaría que la rueda derecha experimentara más fuerza lateral (que ya no estaba siendo absorbida por la rueda izquierda), y el automóvil subvaloraría más fácilmente. Y tal vez alguna otra cosa complicada pasaría.

¿Estoy en el camino correcto con una de esas evaluaciones? ¿Cuál sería el efecto?

También como una pregunta de corolario (quizás demasiado amplia): ¿Qué impacto deberían tener las condiciones de la carretera cuando se decide una configuración ideal de barra estabilizadora?

tl; dr: endurecer una de las barras estabilizadoras en un automóvil hará que ese extremo sea más probable que se suelte en respuesta a los transitorios.

En un nivel alto, la barra estabilizadora actúa como un resorte como cualquier otro. Puede desmontar el problema de la barra estabilizadora considerando una pieza a la vez. Por ejemplo, imagine que un extremo de la barra estabilizadora está unido al conjunto de la rueda en un extremo, pero que está fijo a un punto inamovible en el otro. Si intenta mover el conjunto de la rueda hacia arriba o hacia abajo repentinamente (como sucedería con los golpes y caídas transitorios en su ejemplo), la barra intentaría girar en sus puntos de pivote. Si el otro extremo no estuviera pegado a algo, la barra obviamente giraría libremente. Sin embargo, como se atornilla en este ejemplo, la barra actúa como un resorte de torsión, resistiendo la acción de torsión. Cuanto más intentaba torcerse la barra, mayor era el toque resultante que la barra ejercería en la dirección opuesta. Esto se traduce en una mayor fuerza de resorte en el propio conjunto de la rueda.

Por supuesto, no atornillamos los extremos de las barras estabilizadoras al marco. Los conectamos a puntos de suspensión en cada extremo. Como tal, ahora están acoplados a todo el sistema de resorte amortiguado que ya estaba allí. Nuevamente, si agregamos una fuerza a una rueda, la barra estabilizadora intentará girar en esos puntos de pivote. Esto dará como resultado que se ejerza una fuerza equivalente en el otro conjunto de ruedas (si intenta levantar la rueda derecha, la barra estabilizadora intentará elevar la rueda izquierda).

Aquí es donde empezamos a adentrarnos en los puntos clave de su pregunta: recuerde que los resortes solo ejercen fuerzas cuando se mueven de su estado de reposo. Por el bien de esta discusión, atengámonos a los resortes lineales:

F = k * d

donde F = Fuerza, k = la constante de resorte y d = distancia o desviación. El equivalente para muelles de torsión es:

T = k * theta

donde T = torque, k = una constante de resorte diferente y theta = el ángulo de giro. En ambos casos, puede ver que cuanto más comprima, extienda o gire el resorte, mayor será la fuerza o el par resultante. Lo que es más importante: si no mueves el resorte, no hay fuerza alguna. Así, para que la barra de balance ejerza alguna La fuerza en la rueda que está considerando tiene que hacer que el resorte de la otra rueda se desvíe (comprima o extienda). Esto es crítico: la barra estabilizadora no hace nada hasta que causa que algo suceda en el otro lado del automóvil.

Otra forma de decir esto es que las barras estabilizadoras hacen que su suspensión independiente en las cuatro ruedas sea significativamente menos independiente.

Repetamos su problema original de manera que podamos desglosarlo. Imagine un solo par de ruedas con sus resortes y una barra estabilizadora adjunta. Esta es una barra estabilizadora mágica en la que podemos marcar una variedad de constantes de torsión (que van desde espaguetis blandos hasta vigas rígidas de acero). Ahora ejercemos una fuerza lateral en todo este artilugio que es ligeramente menor que el límite de un solo neumático (es decir, si hubiera un solo parche de contacto del neumático en el suelo, casi deslice, pero con dos no lo hace).

Ahora gire la barra estabilizadora mágica hacia abajo hasta su configuración de rigidez cercana a cero y golpee una rueda (por ejemplo, levante el parche de contacto del suelo repentinamente) mientras la fuerza lateral continúa. La rueda opuesta no se ve afectada casi por completo por este golpe y, por lo tanto, su parche de contacto del neumático no se altera. Ya que seleccionamos cuidadosamente la fuerza lateral para que sea apenas menor que la requerida para empujar el neumático lateralmente, el sistema no se ve afectado.

Ahora configura la barra estabilizadora mágica para efectivamente una rigidez infinita. Ahora, cuando levantamos una rueda, la otra rueda también está levantada. Como ambos neumáticos pierden contacto, todo el sistema comienza a deslizarse hacia los lados.

La realidad está, por supuesto, en algún punto intermedio, pero este tipo de experimento mental se hace evidente: si levantas una rueda, la barra estabilizadora también intentará elevar la otra. Esto da como resultado que todo el extremo del auto se sienta como si se estuviera soltando.

Ejemplo práctico de la vida real: cuando tuve un FWD Integra, probé este experimento exacto. Mi barra estabilizadora trasera tenía tres configuraciones que me permitieron controlar la rigidez (realmente afectaron el apalancamiento que tenía el resto de la suspensión en la barra estabilizadora, pero el resultado fue efectivamente el mismo). Esto me dio cuatro posibles configuraciones de rigidez para experimentar: sin barra + tres opciones de barra cada vez más rígidas. Hay una rampa de salida particular cerca que podría usar para intentar apretar legal vueltas Lo que descubrí fue que el aumento de la rigidez disminuiría la calidad de la carrera sobre los baches y aumentaría la sensación de que la parte de atrás saltaría hacia fuera (trate de sobrevirar).

Agregar una barra estabilizadora resultará en un viaje más áspero

He tratado de explicar la mecánica con este gráfico de lado a lado. :

Explicación

• Cuando una rueda encuentra una zanja, el peso del vehículo sobre esa rueda hará que se desvíe hacia abajo. Esto hace que el resorte de suspensión se extienda, causando que una fuerza de resistencia actúe en la dirección opuesta.

• Agregar una barra estabilizadora introduce una fuerza resistiva adicional en la mezcla, lo que reduce la cantidad de fuerza resistiva del resorte. Esto da como resultado una deflexión del resorte más pequeña en comparación con cuando no estaba presente una barra estabilizadora.

• Una menor desviación de la primavera significa que la carrocería del vehículo querrá seguir la rueda hasta el bache más que cuando la barra estabilizadora no estaba presente.

Como una imagen vale más que mil palabras

Este es el efecto de la barra estabilizadora.

No es de extrañar que las barras oscilantes y los vehículos todo terreno rara vez vayan juntos.

Quieres que el chasis sea un poco retorcido y flexible.

Las otras partes se romperían fácilmente bajo coacción.

En realidad, las barras estabilizadoras están atornilladas al chasis en un punto cercano a los brazos de control inferiores (en la parte frontal, en el bastidor auxiliar). Por lo tanto, esencialmente hace que cada esquina sea más rígida, individualmente. Así que con eso se dice, hay una posición "cero" (donde está la suspensión cuando el automóvil está estacionado), por lo que cuanto más se aleja la suspensión de esa posición cero, ya sea positiva o negativa, más resistencia hay (supongo ¿Podrías pensar que es como una palanca?). Entonces, si tiene una barra estabilizadora de diámetro pequeño, se dobla fácilmente, lo que permite un mayor desplazamiento de la suspensión, donde cuando ingresa a algunas de las barras estabilizadoras de mayor diámetro, la rueda simplemente permanecerá en el aire (esencialmente en la posición cero) si está en un agujero. El objetivo aquí realmente es agregar o quitar agarre, generalmente cuando la suspensión está cargada. Cuanto más suave sea la configuración, más agarre hay.

http://speed.academy/how-swaybars-work/