Optimal design of leaf springs for vehicle suspensions under cyclic conditions

Diseño óptimo de ballestas para suspensiones de vehículos en condiciones cíclicas

Los sistemas de suspensión para un vehículo se diseñan para brindar un mejor rendimiento en cuanto a comodidad y maniobrabilidad, además de otros requisitos como la resistencia a la fatiga. Este trabajo centra su interés en los resorts tipo ballesta, los cuales son ampliamente utilizados en una gran variedad de vehículos, deben su vigencia a su gran capacidad de carga y los bajos costos de fabricación y mantenimiento. Para dar un mayor valor agregado a este tipo de suspensión se ha analizado su comportamiento dinámico desde el punto de vista de componente desde un estado estacionario de precarga no lineal. Este incluye la condición de contacto de sus propios componentes, las grandes deflexiones y los pares de apriete de conjunto de todo el conjunto. Los componentes del subsistema de masa no suspendida tales como neumáticos, amortiguadores y barra estabilizadora se caracterizan conforme a modelos simplificados para disminuir el costo computacional. Para llevar a cabo la simulación del sistema completo se define un vehículo de pruebas comerciales. Se modelan en 3D los componentes más relevantes del vehículo en cuanto a su masa y conexión rígida. El vehículo es analizado mediante el método Multi-Body Systems MBS+FEM en un entorno transitorio no-lineal implícito a través del solver APDL de ANSYS. La simulación dinámica es parametrizada para poder ejecutar un Diseño de Experimentos y determinar las características de rigidez y amortiguamiento óptimos que debe tener la suspensión dependiendo de la carga que se transporta.

INTRODUCCIÓN

La operación de vehículos de carga en carreteras impone varios requisitos exigentes debido a la topografía, orografía, clima y condiciones de la infraestructura vial, que varían significativamente en diferentes países (1, 2) . Se han realizado varios estudios para mejorar la eficiencia y funcionalidad de los vehículos, el investigador Rocha-Hoyos y asociados [3] presenta una alternativa para reducir las emisiones contaminantes de los vehículos go-kart a gasolina de 7,5 kW en la ciudad de Baños en Ecuador, considerado antes de realizar la conversión a EV, la batería y los motores eléctricos, para lograr la máxima eficiencia.

Otras investigaciones ( 4 indican que las dimensiones funcional y morfológica requieren de un mejor abordaje, mayor precisión e interacción mutua en el espacio de diseño; disminuir la incertidumbre en el manejo y caracterización de las ideas conceptuales es una tarea importante en la etapa de diseño conceptual. Así , los modelos deben describirse de la manera más sencilla para optimizar y facilitar la realización del proceso de diseño tanto en ingeniería como en diseño de producto.

Algunos investigadores indican que la suspensión es un subsistema que impacta considerablemente la respuesta de los vehículos terrestres a las condiciones del terreno, las cuales están directamente relacionadas con diversos aspectos como el confort dinámico, la maniobrabilidad y el desempeño.