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Técnica: ¿Por qué un SUV es menos seguro que un turismo?

La clave está en el momento de balanceo

Técnica: ¿Por qué un SUV es menos seguro que un turismo?

Después de comprobar que un SUV sin ESP tiende a volcar de manera natural ante una maniobra brusca, típicamente el test del alce (como la foto de portada hecha por nuestros colegas de Teknikens Värld), o de algunas pruebas sobre el comportamiento de un SUV, y si aún no estás convencido de que un turismo es dinámicamente mejor, hoy vamos a intentar ofrecer una explicación técnica de por qué un SUV es menos seguro por naturaleza que un turismo equivalente.

Antes de entrar en materia, unos conceptos

Si queréis conocer en profundidad los parámetros de diseño de una suspensión, os recomiendo leer previamente el que hemos rescatado y enlazado, donde se aclaran todos los conceptos. Pero en el artículo de hoy solamente nos vamos a centrar en cinco, que son los realmente importantes para explicar la diferencia de comportamiento entre un SUV y un turismo, que son el centro de gravedad, centro instantáneo, centro de balanceo, momento de balanceo y eje de balanceo. Dependiendo de la geometría de la suspensión, estos puntos variarán, ofreciendo un comportamiento diferente del vehículo.

Puesto que las mayores ventas de SUV se concentran en los segmentos más económicos (B y C), vamos a centrarnos en una suspensión delantera tipo McPherson, que es la que se suele montar. Los segmentos SUV premium (D y E), suelen emplear suspensiones delanteras de doble brazo, más elaboradas, y que permiten mayor margen de maniobra a los diseñadores, pero como hemos dicho, nos centraremos en la más común, la tipo McPherson.McPherson Roll Center

La idea no es que esto sea una clase teórica aburrida, sino que intentaremos simplificar al máximo para que sea fácilmente comprensible, aunque no sepamos nada de física.

El esquema McPherson no es más que un brazo inferior con una rótula que sujeta el buje, mientras que en el extremo superior el conjunto muelle-amortiguador se sujeta al chasis mediante otra rótula, ejerciendo funciones estructurales de la propia suspensión. Este esquema es el más empleado en la industria, por su sencillez, compacidad y economía, ofreciendo un comportamiento dinámico razonablemente bueno. Últimamente hemos visto esquemas McPherson de mangueta desacoplada, pero no los veremos hoy para simplificar la explicación.

Antes de explicar los motivos, vamos a ver brevemente qué es cada parámetro.

Lexus LC 500

El centro de gravedad del Lexus LC 500 se encuentra a 510 mm del suelo, prácticamente a la altura de la cadera

Centro de gravedad

Para refrescar la asignatura de física de manera rápida, el centro de gravedad es un punto imaginario donde virtualmente se concentra toda la masa del objeto. Es decir, si colgásemos de una cuerda el objeto justo desde ese punto, estaría en perfecto equilibrio. Recordemos que hay que posicionarlo en las tres dimensiones.

En un coche y simplificando mucho, podemos decir que la altura de su centro de gravedad se encuentra más o menos donde está el cigüeñal. De izquierda a derecha suele estar centrado, y de adelante a atrás, dependerá de donde se coloque el motor. Volviendo a simplificar, aproximadamente suele coincidir con el hip point o donde se encuentra la cadera del conductor cuando está sentado. En un tracción delantera (motor delantero transversal), estará más adelante que en un propulsión trasera (motor central longitudinal).

¿Por qué es importante? Porque las fuerzas dinámicas (fuerza centrífuga, centrípeta, inercias…) actuarán sobre él, y condicionará el comportamiento de nuestro vehículo. En general, para obtener un mejor comportamiento del vehículo, cuanto más bajo se encuentre y más en el centro del vehículo esté, mejor será el comportamiento dinámico.

Centro instantáneo

El centro instantáneo es un punto imaginario que es el resultado gráfico de cada suspensión. Dependiendo de si es doble brazo o McPherson, la manera de calcularlo es diferente. En nuestro caso (McPherson), para obtenerlo hay que trazar una línea perpendicular a la copela del amortiguador, y otra línea que una las juntas del triángulo inferior de la suspensión. Ya tenemos el centro instantáneo de balanceo. Este punto variará de manera dinámica con el coche en movimiento, pues la suspensión se moverá. Este parámetro es importante, porque condiciona donde se encontrará otro punto aún más importante: el centro de balanceo.

Puesto que es un punto que depende de la geometría de la suspensión, la delantera y trasera dispondrán de diferentes centros instantáneos.

Centro de balanceo

Bien, ya sabemos como calcular el centro instantáneo, pero esto es solo un paso intermedio para calcular el punto imaginario que es realmente importante: el centro de balanceo. Para obtenerlo, tenemos que trazar una línea desde el centro instantáneo hasta el punto central de contacto del neumático con el suelo. El lugar donde corte la línea de simetría (el centro del vehículo), ese será el centro de balanceo.

Como antes, la suspensión delantera y trasera dispondrán de diferentes centros de balanceo. Simplificando, para que un vehículo sea estable, su centro de balanceo frontal debe estar por debajo de su centro de balanceo trasero, y ambos, deben encontrarse por encima del suelo.

Si os fijáis desde atrás en cualquier coche que tenga suspensión multibrazo trasera, veréis que sus brazos está inclinados hacia arriba (desde la rueda al centro). De este modo, se eleva el centro de balanceo trasero.

Car Pitch Yaw Roll

 

Momento de balanceo

Ahora llega el momento de conectar los puntos imaginarios anteriores. Si unimos el centro de gravedad y el centro de balanceo, obtendremos el momento de balanceo. Cuanto menor sea esta distancia, menor balanceo tendrá un vehículo a la hora de afrontar una curva a determinada velocidad.

¿Puede ser que coincida el centro de balanceo con el de gravedad? Se puede hacer, y en ese caso la suspensión no trabajaría, sería rígida, como si no existiese, por lo que es bueno para no balancear, pero el agarre en curva se vería afectado negativamente.

¿Qué suelen hacer los ingenieros de chasis? Intentar minimizar el momento de balanceo, pero dejándolo en un valor razonable: ni muy alto, ni muy bajo, para que la suspensión trabaje de manera óptima. Más adelante veremos que este es el parámetro realmente importante y que marca la diferencia entre un SUV y un turismo.

Eje de balanceo

El eje de balanceo es un eje imaginario que resulta de unir el centro de balanceo frontal y trasero. Es importante porque es el eje sobre el que el vehículo gira, cuando se produce un giro de una curva.

Este eje es dinámico, pues los centros de balanceo se moverán con el movimiento de la suspensión. ¿Cómo se comporta? Cuando se afronta una curva, el centro de balanceo frontal suele bajar y moverse hacia el exterior de la curva, por lo que el eje también apuntará al exterior.

En cambio, el centro de balanceo posterior, suele elevarse aunque se mantiene más estable debido a que sus ruedas no tienen dirección, aunque unos pocos modelos tienen ruedas traseras directrices.

Cabeceo, balanceo y guiñada

Estos tres parámetros combinados, son los que tenemos cuando tomamos una curva a cierta velocidad. El cabeceo es la inclinación del coche cuando frenamos o aceleramos. El balanceo, es el movimiento de izquierda a derecha del coche. Y la guiñada es el giro del coche sobre su eje.

Si no mantenemos bajo control estos tres parámetros, podemos sufrir subviraje, sobreviraje, o incluso un vuelco si se salen de cierto límite.

Suspension Elevada

¿Cómo se eleva una suspensión?

Bien, ahora que ya tenemos algunos conceptos básicos, podemos afrontar el siguiente punto que dará como resultado un vehículo más inseguro que el de partida. Como sabéis, los fabricantes comparten plataformas (suspensiones) entre diferentes modelos. Y los SUV no se escapan de esta tendencia. Por tanto, se parte de una suspensión de un turismo, y tenemos que llegar a algo que parezca más todoterreno. ¿Cómo lo subimos? Lo primero que se viene a la cabeza es lo obvio: ruedas de mayor diámetro darán como resultado un eje más alto.

Pero esto solo nos dará unos pocos centímetros, así que hay que sumar otros elementos. Una opción podría ser poner muelles más largos. Esto elevaría la suspensión, pero si mantenemos el esquema original, los parámetros que hemos visto antes no van a ser buenos. También estaremos subiendo el vehículo, a costa de reducir la extensión de la suspensión. Recordad que la longitud de extensión y compresión depende de la geometría de la suspensión en cuestión.

Por tanto, ¿qué hacen los fabricantes? Pues aumentan la longitud de la columna McPherson. Si el diámetro de las ruedas es mayor, no es necesario bajar los anclajes del triángulo inferior; pero si se van a emplear ruedas de diámetro similar al turismo, sí será necesario para mejorar el ángulo de este brazo de suspensión. Esto aumenta la altura del vehículo, no empeorando demasiado los parámetros que hemos visto antes. Así ya tenemos varios centímetros de altura más, subiendo claramente el centro de gravedad.

Por cierto, si estáis tentados en elevar (o bajar) la suspensión por cualquier motivo, pensadlo dos veces antes: váis a modificar un montón de parámetros que empeorarán el comportamiento dinámico del vehículo, cambiando también su recorrido en extensión o compresión.

Diferencias de geometría entre SUV y berlina

Ahora llegamos a la cuestión que da título al artículo: ¿por qué un SUV es menos seguro que un turismo? Vamos a verlo.

En las imágenes que veis hemos exagerado un poco los parámetros para verlo mejor. Si os fijáis, hemos calculado gráficamente el momento de balanceo de dos suspensiones McPherson: la de un turismo y la de un SUV. Amplía las imágenes pinchando sobre ellas.

¿Cual es la mayor diferencia? Si veis la flecha amarilla que representa el momento, es mayor en el SUV que en la berlina. Esto quiere decir que a la hora de tomar una curva, las fuerzas obligarán al SUV a tener mayor cabeceo que la berlina. La consecuencia de esto es que el coche se inclinará más hacia adelante, a igualdad de peso, velocidad y radio de giro. Si sumamos que un SUV normalmente tiene un mayor peso, el efecto se amplificará aún más.

El movimiento vertical de la suspensión (compresión y extensión) debería ser mayor en el SUV que en la berlina, pero debido a que normalmente en segmentos equivalentes se comparte plataforma, las longitudes suelen ser similares, ligeramente mayores en el SUV.

Por tanto, ¿cuáles son las consecuencias? Claramente la consecuencia es que tenemos un vehículo más inestable que la berlina o turismo del que partimos, con mayores cabeceos, balanceos y guiñadas, debido a su mayor momento de balanceo y centro de gravedad elevado. Incluso, pudiendo llegar a volcar a velocidades altas y maniobras bruscas, como una esquiva.

Esto también se debe a que la suspensión trasera, normalmente de eje semirígido (no así en modelos más grandes), no tiene la extensión suficiente para mantenerse en contacto con el suelo, cuando la suspensión delantera está a máxima compresión en un giro. Esto hace que la adherencia en el eje trasero baje, siendo más sencillo que se produzca un sobreviraje.

¿Cómo lo solucionamos?

Ahora tenemos un vehículo que es más inestable, así que para ponerlo a la venta, deberemos realizar algunos cambios para mantenerlo bajo relativo control. Lo normal es aumentar la rigidez de los muelles delanteros, es decir, endurecer la suspensión, para que el balanceo sea menor. También se suele aumentar el grosor de las barras estabilizadoras delanteras, para reducir también el balanceo, a la hora de afrontar las curvas. Evidentemente esto se hace a costa de perder cierto nivel de confort, que un turismo sí puede mantener.

Pero esto por sí solo no nos va a salvar en caso de afrontar una maniobra de esquiva, así que para mantener bajo control los parámetros de balanceo, cabeceo y guiñada, debemos recurrir al sistema que los supervisa y corrige: el control de estabilidad o ESP.

La importancia del ESP

El ESP o control de estabilidad está monitorizando continuamente las aceleraciones del vehículo en los tres ejes. Este sensor normalmente se ubica en el centro de gravedad del coche, por lo que suele estar en la columna central del coche, cerca de nuestra cadera.

Los ángulos de balanceo, cabeceo y guiñada son supervisados en todo momento, y en caso de salirse fuera de los límites aceptables (unos límites que son específicos de cada vehículo y modelo) intenta corregirlos aplicando freno a las ruedas necesarias, una o varias a la vez.

Gracias a este sistema, se pueden llegar a corregir ciertas actitudes peligrosas que tienen los SUV de manera natural, como su tendencia a volcar en una maniobra brusca de esquiva. El ESP actúa, y mantiene el vehículo bajo control, limitando su sobreviraje, en combinación con una suspensión más rígida. De hecho, con tal de evitar el vuelco, a veces el ESP producirá un mayor subviraje.

Por este motivo, el ESP es muy importante en un turismo, pero aún más importante en un SUV. Quizás sea el sistema de seguridad activa que menos se ve, pero que más vidas salva durante la conducción.

Si puedes elegir, cómprate un turismo

Como hemos visto, un SUV es intrínsecamente menos seguro que un turismo equivalente, pero gracias a las suspensiones endurecidas, y unos ESP con programación específica, pueden mantenerse en unos niveles de seguridad aceptables.

Hace tiempo ya escribimos sobre ello, y comparamos las características entre un SUV, compacto, familiar y monovolumen en el segmento C. Es evidente que muchas personas se compran un SUV por razones de espacio: mayor maletero en la misma longitud; por tener una mejor visibilidad a la hora de conducir; o por pensar que en un choque frontal tienen mayores probabilidades de supervivencia. Desde luego son razonamientos respetables y cada uno tiene sus gustos. Pero si puedes elegir, mejor cómprate un turismo o berlina, porque en conducción dinámica son mucho más seguros, estables y tendrás menos sustos con sus inercias.

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Sobre mí

Pablo Mayo

Ingeniero de profesión, la mayor pasión de mi vida son los coches desde que era un chaval. El olor a aceite, gasolina, neumático...hace que todos mis sentidos despierten. Ahora embarcado en esta nueva aventura, espero que llegue a buen puerto con vuestra ayuda. Gracias por estar ahí.

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Matt
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Matt

Artículo de calidad. Gracias Pablo

Pablo Mayo
Invitado
Pablo Mayo

De nada Matt, me alegra que te haya gustado.


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Pablo Mayo

Ingeniero de profesión, la mayor pasión de mi vida son los coches desde que era un chaval. El olor a aceite, gasolina, neumático...hace que todos mis sentidos despierten. Ahora embarcado en esta nueva aventura, espero que llegue a buen puerto con vuestra ayuda. Gracias por estar ahí.

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