LA SUSPENSIÓN ES COMO UN PÉNDULO QUE HAY QUE AMORTIGUAR

Podemos hacer la analogía entre un péndulo que oscila libremente, y la suspensión de nuestro coche, considerando que el péndulo es de longitud L, igual a la deflexión estática (bajo carga) que sufre el vehículo que estamos considerando.
Sabemos que el período de oscilación de un péndulo de peso P y longitud L es:

Supongamos nuestro vehículo levantado del suelo; al bajarlo, su propio peso hace que la suspensión sufra una deflexión que llamamos deflexión estática: De.
Como hemos dicho, nuestro péndulo tendrá un período equivalente al de la oscilación de la suspensión sin amortigüar, cuando su longitud L sea igual a De:

De aquí se deduce que cuanto mayor sea la deflexión estática, De, mayor será el periodo T de la oscilación; o lo que es lo mismo, cuanto menor (más blanda) sea la rigidez del muelle que montemos, mayor será el periodo de las oscilaciones T, ya que la deflexión estática De será mayor al ser el muelle más blando.
La frecuencia de la oscilación f, es la inversa del periodo, es decir si T es grande, quiere decir que oscilará menos veces por segundo (f será pequeña); si T es pequeño, f será grande.
A continuación damos una tabla en la que hemos calculado el periodo T en función de la deflexión estática (De) del muelle que montamos cuando se crea el peso de su masa suspendida.

Como se deduce de la tabla anterior, periodos de oscilación de la suspensión comprendidos entre 0,5 y 1 seg. (1-2 Hz.), correspondientes al de balanceo normal del cuerpo humano al caminar normalmente, son tolerados por el pasajero sin un perjuicio para la sensación de confort; por debajo de este período (oscilación más rápida), las aceleraciones verticales que sufre el cuerpo son intolerables con una utilización continuada del vehículo.
Por el contrario, superado el período de 1 seg.(1 Hz), la sensación que siente el pasajero es tan lentamente acompasada, semejante a la de oscilación proa-popa de un barco, que puede llegar a producir el fatídico mareo.

Resonancia:

La amplitud de las oscilaciones de la suspensión se puede llegar a amplificar hasta límites intolerables si la frecuencia propia de la masa suspendida coincide con la que producen las ondulaciones del asfalto. En este caso se dice que la suspensión ha entrado en resonancia; basta que dichas ondulaciones estén formadas a distancias simétricas, o que no más de dos accidentes de la pista se tarden en recorrer el mismo tiempo que el período T propio de la suspensión para que la amplitud crezca por encima de límites incompatibles no solamente con el confort sino con la estabilidad. ya que pueden llegar a despegar las ruedas de la carretera.
En realidad lo que ocurre es que la superposición de las energías producidas llega a un valor que si no somos capaces de disipar mediante algún sistema acabaría por hacerse infinita, produciendo los efectos indeseados descritos.
Los amortigüadores, por lo tanto, cobran una importancia vital en la estabilidad del coche y en el confort de los pasajeros.

Frecuencia y confort.

En un coche muy cómodo el reglaje del amortigüador a la compresión debe ser entre un 25 y un 30% del valor de la amortigüación total; el de la extensión, como vemos en la tabla 3, entre un 70 y un 75%; lo que queda claro es que la compresión debe ser la mínima compatible con la disipación de la energía creada al pasar el obstáculo del que ya hablamos, y que no haga tope en su recorrido.
En la extensión el problema es llegar a frenar la masa no suspendida de tal manera que la aceleración vertical alcanzada por la carrocería sea inferior a la de la gravedad. Si esto ocurre, los pasajeros sufren sacudidas y movimientos traducibles en fatiga a lo largo de un viaje, y que no son compatibles con un mínimo de confort.
Dado que la energía que se produce al pasar el obstáculo es proporcional al peso de la masa no suspendida, todo lo que se haga en el sentido de disminuirla será bienvenido.

Frecuencia natural del sistema.

La frecuencia f, dijimos que es la inversa del período T; la frecuencia natural de un sistema es aquella con la que oscila una suspensión dejada libremente sin resistencia y sin amortiguación, y viene dada por la siguiente expresión:

Donde K es la constante del muelle considerado en Lib/in. o Kg/cm., y M es la masa en Kg.

Ejemplo:

Supongamos que tenemos un muelle de una constante K = 50 Kg/cm.
La masa suspendida es de 500 Kg.
La frecuencia natural con la oscilaría esta suspensión dejada libremente será:

F = 1/6,28 Ö50/(500:980)= 1,57 Hz

El Herzio (Hz.), como hemos visto, es la unidad de frecuencia que se define como una oscilación por segundo; volveremos sobre este tema al hablar de los muelles.

Coeficiente de amortiguación.

Llamamos Coeficiente de amortiguación y lo denominaremos de ahora en adelante con la letra griega W, al cociente entre la fuerza de amortiguación C y la frecuencia natural del sistema f:

Si W = 0 C = 0: No hay esfuerzo de amortiguación.

Si W < 1 El sistema está Sub amortiguado: disminuirá la oscilación lentamente.

Si W > 1 El sistema está Sobre amortiguado: disminuirá la oscilación demasiado rápidamente.

Si W = 1 El sistema está críticamente amortiguado

. Volviendo a la ecuación anterior, el valor de C para que se dé la condición W=1 es:

En la figura 2 están representados los 4 casos que acabamos de describir.

Explicación de los gráficos:

Curva (a) W = 0 Oscilará indefinidamente. (C=0).

Curva (b) W < 1 Oscilará amortigüadamente.

Curva (c) W = 1 Amortigüación Crítica (AC); vuelve a o en 0.8 seg. (no hay oscilación).

Curva (d) W > 1 Sobre amortiguada; vuelve a o en 1.8 seg. (no hay oscilación) aunque tarda más en volver a la posición inicial precisamente por el exceso de amortigüación que le frena.

Amortigüación crítica.

Vamos a ver en la práctica lo que matemáticamente acabamos de exponer. Supongamos ya realizados los reglajes de nuestros amortiguadores a extensión y compresión; si hemos definido éstos de tal manera que, ante una compresión de la suspensión, la amortigüación ya actúa impidiendo que se repita otra oscilación, la habremos reglado justo en la Amortigüación crítica (Figs. 1,2). Es decir, la amortigüación critica es aquella bajo la cual al comprimir hipotéticamente la suspensión hasta el final de recorrido con la mano simplemente y soltar, no se produce la menor oscilación puesto que la fuerza de amortigüación es superior a la energía potencial acumulada por el muelle en la compresión (W = 1).
La frontera entre la actuación o no de la amortigüación ante la misma oscilación, está definida por la Amortigüación crítica (fig. 3).
En dicha figura la curva de línea continua es la de oscilación de un sistema de masa M sometido a la oscilación de un muelle de rigidez "K" amortigüado.
La curva de trazos es la correspondiente a la Amortigüación crítica (AC).
Podemos definir el confort que van a tener los pasajeros desde el punto de vista del valor de la amortigüación que tenga el vehículo respecto a la AC; este valor nos da idea de la pretensión que ha tenido el equipo técnico que lo ha diseñado, o el responsable técnico del equipo de competición respecto a la estabilidad del vehículo.

A continuación presentamos un cuadro en el que se describen algunos ejemplos de valores porcentuales de la AC sobre la amortigüación total que presenta el vehículo que es como se define. Es obvio que cuanto más se aproxime la AC a la amortigüación del coche menos confortable será su suspensión.
Cuanto menor sea este porcentaje más lejos estará la AC de la total del coche y más confortable será, aunque también menos controlado desde el punto de vista de la amortigüación y más difícil su utilización deportiva.