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8º CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA

Cusco, 23 al 25 de Octubre de 2007

INFLUENCIA DEL MODELO DE AMORTIGUADOR EN LA SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE SUSPENSIÓN DE UN VEHÍCULO

Calvo Ramos, J. A. *, López Boada, M. J., Olmeda Santamaría, E., San Román García, J. L.

*Departamento de Ingeniería Mecánica

Universidad Carlos III de Madrid

Av. de la Universidad, 30

28911 Leganés (Madrid)

España

*e-mail: jacalvo@ing.uc3m.es, mjboada@ing.uc3m.es, eolmeda@ing.uc3m.es, jlsanro@ing.uc3m.es

RESUMEN

La simulación es una herramienta fundamental en muchos ámbitos de la ingeniería mecánica y muy especialmente en la industria del automóvil. Cuando se trabaja con un modelo de simulación aparece la necesidad de simplificar la realidad debido a que es prácticamente imposible conocer a priori todos los parámetros del sistema real y sus condiciones de contorno. Se presenta entonces el problema de cuánto se debe complicar el modelo para que el resultado se ajuste suficientemente a la realidad.

En el presente trabajo se va a simular el comportamiento vertical del sistema de suspensión de un vehículo mediante un modelo de dos grados de libertad que representa ¼ de la suspensión. Utilizando una entrada normalizada se van a comparar los resultados obtenidos cuando se modifica el modelo de comportamiento del amortiguador.

Partiendo del modelo más simple con un comportamiento proporcional, hasta modelos más complejos en el que se tienen en cuenta los diferentes comportamientos en compresión y rebote, a alta o baja velocidad e incluso la histéresis del sistema.

El resultado del trabajo muestra que para obtener resultados aceptables no es necesario recurrir a modelos de comportamiento excesivamente complejos que complican y encarecen el proceso de simulación.

PALABRAS CLAVE: Modelo de simulación; Vehículo automóvil; Sistema de Suspensión; Amortiguador hidráulico.

INTRODUCCIÓN

La simulación es una herramienta fundamental en muchos ámbitos de la ingeniería mecánica y muy especialmente en la industria del automóvil [1], [2]. Debido a la competitividad del sector, la reducción de los costes y de los tiempos de desarrollo de nuevos productos, los centros de investigación relacionados con el automóvil recurren a modelos de simulación que les permitan obtener el comportamiento del vehículo o de un componente antes de fabricar el prototipo real.

Un modelo de simulación es una representación matemática de un sistema real. Debido a que es prácticamente imposible conocer a priori todos los parámetros del sistema real y sus condiciones de contorno será necesario introducir simplificaciones del sistema original. Por ello, se debe llegar al compromiso de cuánto se debe simplificar el modelo para que los resultado tengan suficiente precisión y puedan ser representativos del comportamiento real del sistema.

En este trabajo se va a analizar el comportamiento del sistema de suspensión de un vehículo automóvil a través de un modelo de dos grados de libertad que simula el movimiento vertical de ¼ de vehículo. Este modelo a pesar de ser relativamente simple ha sido ampliamente utilizado y analizado en la literatura [3], [4] y los resultados obtenidos han permitido establecer bases de comportamiento y desarrollos complejos del sistema de suspensión de un vehículo automóvil.

En un modelo de suspensión, uno de los elementos más complejos en cuanto a su comportamiento, es el amortiguador del sistema y por ello, para este trabajo, se han elegido distintos modelos de comportamiento con objeto de comparar los resultados obtenidos con cada uno de ello. Se van a tener en cuenta cuatro modelos de amortiguador, desde el más simple que ofrece un comportamiento lineal, hasta el modelo más complejo en el que se tiene en cuenta la histéresis del sistema y que reproduce más fielmente el comportamiento real del amortiguador.

MODELO DE SIMULACIÓN.

La figura 1 muestra el modelo de suspensión de dos grados de libertad utilizado en este trabajo de investigación que representa ¼ de la suspensión de un vehículo. Este modelo permite analizar el movimiento vertical de la masa suspendida y no suspendida ante las excitaciones producidas por la carretera.

Figura 1.- Modelo de dos grados de libertad

El desplazamiento vertical de la masa suspendida (Ms) viene representado por la variable Xs(t). El neumático, es modelado mediante un sólido rígido representado por una masa no suspendida (Mu), cuyo movimiento viene representado por la variable Xu(t), además de una rigidez lineal (Ku) y un ligero amortiguamiento (Ru). La masa suspendida se corresponde con la cuarta parte de la masa suspendida total del vehículo y es considerada también como un sólido rígido. El elemento elástico (Ks) y el amortiguador del sistema de suspensión (Rs) transmiten el movimiento de la masa no suspendida a la masa suspendida. La variable Xr(t) representa el desplazamiento de la calzada y es la entrada al sistema.

Para caracterizar los parámetros del modelo se han utilizado las características de un vehículo de clase media europeo. Los datos se resumen en la tabla 1.

Tabla 1: Parámetros del modelo

Parámetro Valor Unidades Comentarios

Mu 35 Kg Masa No suspendida

Ms 240 Kg Masa Suspendida

Ku 200000 N/m Rigidez

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