Cabezeo

Cabezeo

Término de origen náutico usado en el campo automovilístico para indicar las oscilaciones de un vehículo según su plano longitudinal. Se entiende por ángulo de cabeceo aquel que forma el eje longitudinal del vehículo con el plano horizontal durante las oscilaciones.

El cabeceo se manifiesta de forma transitoria y como una oscilación cuando el vehículo encuentra un obstáculo y de forma más persistente, con valores casi constantes del ángulo de cabeceo, en las fases de aceleración y de frenado. Los parámetros que influyen en este fenómeno son la geometría de lassuspensiones, la rigidez de los muelles de éstas, la relación entre la altura del baricentro sobre el suelo, la batalla y la distribución de las masas según una vista longitudinal (momento de inercia del vehículo al cabeceo), en las fases transitorias, y las características de los amortiguadores.

Las oscilaciones que experimenta el coche como consecuencia de la elasticidad de las suspensiones cuando encuentra un obstáculo pueden considerarse superposición de dos oscilaciones particulares que son las formas propias de oscilación del vehículo en el plano longitudinal: una es un movimiento de traslación vertical y la otra una rotación (cabeceo). Es preciso que dichas oscilaciones posean valores reducidos en amplitud y que se amortigüen rápidamente con el tiempo.

Las fuerzas de inercia, de frenado y de aceleración, aplicadas en el centro de gravedad del vehículo generan un par que se equilibra con las variaciones de las reacciones verticales sobre los neumáticos o, como suele decirse, con una transferencia de carga vertical entre ambos ejes. El coche, bajo la acción de este par y a causa de la elasticidad de las suspensiones, adquiere un ángulo de cabeceo. Es preciso limitar dicho ángulo para no incurrir en desplazamientos excesivos de las suspensiones y, por tanto, en sus respectivas contraindicaciones (variaciones del asentamiento de las ruedas, contacto con los topes de final de carrera, etc.).

Cuando existen suspensiones delanteras y traseras simétricas, es posible definir geométricamente un centro de cabeceo, es decir, un punto en torno al cual gira el cuerpo del ' vehículo en el plano longitudinal. Sin embargo, cuando las suspensiones no son simétricas, este punto no es único, sino que varía continuamente. En tal caso, la construcción geométrica del centro de cabeceo únicamente posee significado para una determinada repartición de las fuerzas longitudinales, fijada previamente y coincidente con la repartición deseada de frenado o de tracción.

Estas razones hacen que en la práctica el problema se vea bajo otro aspecto; en lugar de considerar globalmente un eje y una rigidez al cabeceo, es preciso examinar los dos trenes separadamente, tratando de determinar sus correspondientes variaciones de altura y, por tanto, la variación de altura global del vehículo y el ángulo de cabeceo. Se trata, pues, de proyectar una geometría *antidive para el tren delantero y *antilift para el tren trasero, haciendo especial referencia a las condiciones del frenado que son más violentas que las de aceleración.

En realidad, una geometría antidive no modifica las cargas que actúan sobre las ruedas, sino que corrige o limita el descenso de

la parte delantera y la blandura de los muelles en las deceleraciones. En efecto, durante el frenado el aumento de la carga delantera y la simultánea disminución de la carga trasera poseen un valor fijo, independiente del tipo de suspensión, dado por la expresión Fh/l, donde F es la fuerza de deceleración aplicada en el centro de gravedad, h es»la altura de dicho punto sobre el suelo y Z es la batalla del vehículo. A su vez, la fuerza F es función de la aceleración negativa que, en un frenado y para un coche de serie, es de 8-9 m/s2, aproximadamente, y para un coche de competición (dotado de neumáticos especiales) es del orden de 14 m/s2. La relación que une la aceleración con la fuerza de frenado es F = Pa/g, donde P es el peso del vehículo en kilogramos, a la aceleración negativa de frenado y g la aceleración de gravedad (9,81 m/s2).

Si las ruedas se mueven con relación a la carrocería en dirección vertical, es evidente que la transferencia de carga antes indicada (también vertical) provoca un desplazamiento máximo. En esta situación, el centro de cabeceo puede definirse y se halla en el suelo.

Si el desplazamiento de la rueda no es vertical (efecto de los brazos de suspensión), la carga adicional sólo gravará con su componente según la dirección de oscilación de la rueda, y el desplazamiento será inferior.

En el límite, podría hacerse que el desplazamiento de la rueda con relación a la carrocería fuese perpendicular a la resultante de las fuerzas que actúan en la superficie de la huella del neumático, lo cual eliminaría completamente el desplazamiento, pero haría que el coche fuese muy rígido sobre los obstáculos. En la práctica se sitúan los brazos de las suspensiones delanteras de forma que se consiga una variación positiva del ángulo de cáster durante el desplazamiento y se obtenga un centro instantáneo de rotación del punto de contacto de la rueda con el suelo próximo al baricentro.

Una realización que sigue estos principios se halla claramente aplicada en las suspensiones del Chevrolet Corvair. En efecto, en dicha configuración es visible la preocupación de no alejarse de la vertical para el movimiento de la rueda delantera a causa del endurecimiento que la suspensión presentaría sobre los obstáculos; en cambio, este alejamiento es muy tolerable para las ruedas traseras. Incluso se consigue obtener, en el frenado, una disminución de altura de la parte trasera en lugar de una elevación.

Frecuentemente, en los trenes traseros, se emplean tipos de suspensiones, como, por ejemplo, el pendular, que son capaces de reducir la elevación de la parte trasera del vehículo durante el frenado.

Cabe subrayar que todo lo dicho vale para soluciones con frenos en las ruedas; si éstos se hallan en el centro, las conclusiones son ligeramente distintas a causa de los momentos de frenado que se añaden al sistema de fuerzas en el suelo.

En las aceleraciones, una configuración anticabeceo realizada para los frenados seguiría manteniéndose válida si la repartición entre el tren trasero y el delantero de las fuerzas de tracción fuese la misma que la de las fuerzas de frenado, lo cual no sucede en general (baste pensar en el hecho de que la tracción normalmente es delantera o trasera, mientras que en el frenado contribuyen los dos trenes).

Naturalmente, el ángulo de cabeceo decrece al disminuir la relación entre la altura del baricentro y la batalla. Asimismo puede resultar disminuida, si los muelles

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