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Oct 29, 2023

¿Por qué es doble?

Hay razones por las que se ve como un ideal, pero no debes descartarlo.

Hay razones por las que se ve como un ideal, pero no debe descartar los puntales de MacPherson.

Hay muchas verdades aceptadas en el mundo del automóvil. Una es que, en lo que respecta al rendimiento, la suspensión de doble horquilla es superior. La mayoría de los autos de carrera usan brazos transversales dobles y muchos de los mejores autos de carretera también lo hacen. Sin embargo, si hiciera una lista de los autos con mejor manejo de todos los tiempos, encontraría que muchos usan puntales MacPherson. Todos los 911 excepto el GT3 y el GT3 RS más nuevos; cada Boxster y Cayman; todos los BMW M3; el nuevo Honda Civic Type R; los hermanos Blackwing de Cadillac; el Toyota GR86/Subaru BRZ; la lista continua.

Fue nuestra reciente prueba de comparación entre el Mazda Miata y el nuevo GR86 lo que me hizo pensar en esto. Si bien un automóvil es mucho más que su hoja de especificaciones, me gusta observar detenidamente la composición mecánica de un automóvil para tratar de explicar por qué se siente de esa manera. En mi opinión, los brazos transversales dobles en la parte delantera del Miata lo convierten en un auto deportivo más "puro" que el GR86, con su puntal delantero MacPherson (una consecuencia de sus raíces lejanas de autos de mercado masivo). Sin embargo, el GR86 tiene un manejo excelente y demostró ser un adversario muy digno para el Miata. Se requirió algo de excavación.

Para comprender por qué una configuración de doble horquilla se presenta como una especie de ideal platónico, comencemos con los conceptos básicos de la suspensión independiente. Terry Satchell, un ex ingeniero tanto de Penske Racing como de GM, lo define bien en Race Car Vehicle Dynamics, uno de los mejores libros sobre el tema. "Para una suspensión independiente, ya sea delantera o trasera, el ensamblaje de los brazos de control está destinado a controlar el movimiento de la rueda en relación con la carrocería del automóvil en una sola ruta prescrita", escribió. El trabajo de una suspensión independiente es controlar, o como dice Satchell, limitar "severamente" cinco direcciones de movimiento del neumático: golpe/rebote, rebote/caída, lateral, longitudinal y camber. Para controlar cada uno, necesita un enlace de algún tipo, y una horquilla de suspensión es esencialmente solo dos enlaces conectados. Dos horquillas más un tirante son cinco eslabones.

En los primeros días de la suspensión independiente, los ingenieros automotrices empleaban brazos de control de igual longitud, pero pronto descubrieron que esto provocaba un roce excesivo de los neumáticos en la superficie de la carretera, ya que el ancho de vía cambia a medida que la carrocería del automóvil rueda en las curvas. También en las curvas, el neumático exterior gana camber y el neumático interior pierde camber... que es exactamente lo contrario de lo que quieres. Todo esto da como resultado un menor agarre, y el uso de un brazo inferior más largo y un brazo superior más corto resuelve ambos problemas. Con esta llamada suspensión de brazo corto-largo (SLA), el ancho de vía permanece estable en las curvas, mientras que el neumático exterior gana inclinación negativa y el neumático interior permanece neutral (huella paralela a la superficie de la carretera) o gana cierta inclinación positiva. . Esta es la razón por la que a menudo ves autos de carrera con mucha inclinación negativa. Cuando el automóvil rueda sobre la llanta exterior, obtiene un área de contacto más amplia, lo que resulta en un mayor agarre.

El problema con un diseño de doble horquilla es que, si bien es un sueño para un conductor, es una pesadilla para una importante empresa de automóviles. Hay tantas piezas para fabricar y ocupan mucho espacio. Son difíciles de empaquetar en cualquier automóvil que priorice el espacio de la cabina, el doble en un automóvil compacto, el triple en un automóvil compacto con tracción delantera. Una horquilla doble podría ser ideal, pero tiene un costo.

Si he aprendido algo en mis casi 10 años de escribir sobre autos, es que fabricar autos es costoso. Los fabricantes de automóviles siempre buscan ahorrar un poco de dinero siempre que sea posible y, por lo tanto, casi siempre es preferible una solución simple y más barata. La suspensión simple y económica de Earle S. MacPherson, que usaba una unidad de amortiguador de resorte para ubicar las ruedas delanteras, eliminando la necesidad de un brazo superior, resultó ser revolucionaria. Mientras trabajaba en GM en los años cuarenta, desarrolló una versión de lo que se convirtió en el puntal MacPherson para el Chevrolet Cadet, un automóvil pequeño que fue cancelado después de que nunca se materializó una temida recesión de la posguerra. MacPherson llevó su talento a Ford en los años cincuenta y, pronto, el fabricante de automóviles comenzó a utilizar puntales MacPherson en muchos de sus modelos europeos. Deshacerse de los brazos superiores ayuda a los fabricantes de automóviles a reducir costos y brinda ventajas de empaque. El uso de un puntal hace que el paquete de suspensión sea más alto que una configuración de doble horquilla, pero mucho más angosto por encima del brazo inferior.

En los años sesenta, muchos automóviles europeos adoptaron la suspensión delantera con puntal MacPherson, mientras que los automóviles estadounidenses la siguieron en las próximas décadas. (Los puntales MacPherson en realidad no funcionan para los autos de carrocería sobre bastidor, por lo que no fue sino hasta los años setenta, cuando la crisis de la gasolina obligó a los fabricantes de automóviles estadounidenses a construir autos monocasco más pequeños que comenzaron a deshacerse de la suspensión de doble horquilla). fabricantes de automóviles, la elección de ir con puntales MacPherson en lugar de brazos oscilantes dobles era obvia. Hace el mismo trabajo básico, por menos dinero. Además, en los automóviles con tracción delantera, el espacio sobre el brazo inferior también facilita mucho el empaquetado de los ejes de transmisión.

Una empresa de automóviles convencional como Toyota, que busca llevar un automóvil deportivo de nicho al mercado por el menor costo posible, buscará cualquier forma de ahorrar dinero en su diseño. ¿Por qué pagar para diseñar una configuración exótica de doble horquilla cuando lo harían los puntales convencionales? Para el GR86, con su motor ancho y plano que empuja los rieles del bastidor hacia los bordes del compartimiento del motor, el empaque apretado que proporciona un puntal ciertamente no puede dañar su carcasa. Sin embargo, en términos simples de maximizar el agarre del neumático, el puntal MacPherson está inherentemente comprometido.

"¿Qué haces con un puntal? No es un enlace. ¿Cómo lo extiendes para construir un centro instantáneo y un centro de balanceo?" dice Doug Milliken, quien junto con su difunto padre William escribieron Race Car Vehicle Dynamics, en una entrevista con Road & Track. "Bueno, lo que haces es, perpendicular al eje del puntal, creas un enlace, que tiene que ser infinitamente largo, y ese es el enlace equivalente para el puntal. Lo que obtienes es un enlace superior extremadamente largo, que no es la forma de compensar la inclinación en absoluto".

En las curvas, simplemente no obtienes tanto del buen comportamiento de inclinación de una doble horquilla. Milliken agrega que las suspensiones de puntal también tienden a tener mucha fricción dentro del sistema, otra consecuencia de no tener enlaces superiores. "A menos que haga un puntal con cojinetes de bolas lineales en lugar de los casquillos normales, siempre tendrá cierta cantidad de fricción para cualquier tipo de movimiento de conducción", dice. "No solo tiene una rótula en la parte inferior para el eslabón inferior, sino que también tiene este control deslizante, que no está cargado a lo largo de su eje todo el tiempo. Puede ser bajo ciertas circunstancias, pero normalmente, tiene un lado carga sobre él, especialmente cuando estás en las curvas". Esto se traduce en una mayor variación de carga en el neumático, y los neumáticos funcionan mejor cuando se mantienen (o más probablemente, casi) con cargas constantes.

Sin embargo, de lo que estamos hablando aquí es de circunstancias extremas. En la conducción diaria normal, este tipo de cosas no importan tanto como cuando estás arrasando en tu carretera secundaria favorita o cuando estás dando vueltas a tu circuito favorito. Estas cosas también importan en los deportes de motor, razón por la cual los únicos autos de carreras que verá con puntales se basan en los autos de calle, e incluso entonces el 911 con puntales MacPherson ha usado durante mucho tiempo dobles horquillas en variantes de carreras.

A pesar de las limitaciones inherentes de los puntales MacPherson, la buena ingeniería significa que no son un anatema para el buen manejo. "En Toyota, [los ingenieros] probablemente jugaron con diferentes ángulos de puntal y geometría de puntal, tratando de obtener el mejor promedio para obtener las cargas lo más axiales posible", sospecha Milliken del GR86. "El eje del puntal, por ejemplo, a menudo no es el eje de dirección, está ligeramente inclinado. Luego, el resorte puede estar inclinado en relación con el puntal, para tomar parte de la carga del resorte y apuntar hacia el parche de contacto en lugar de apuntarlo a lo largo del eje del puntal, lo que hace que el puntal se doble debido a las fuerzas del neumático.

"Todos estos son pequeños detalles que importan, y es la suma total de ellos lo que te dice qué tan bueno será todo en general. Estoy seguro, por ejemplo, de que alguien o un grupo, es casi seguro que es un grupo de personas —quienes realmente trabajan en un automóvil con puntal, probablemente obtendrán un mejor rendimiento de ese puntal que un SLA combinado. Creo que hay espacio para la superposición".

Mis aprendizajes son una reflexión divertida sobre el Miata y el GR86. El Miata es excelente en parte porque Mazda se tomó la molestia de darle al automóvil una suspensión delantera de doble horquilla a medida; el GR86 es excelente porque Toyota (y Subaru) trabajaron muy duro para hacer algo increíble con su suspensión de puntal. Sí, en términos de obtener el máximo agarre de un neumático con la menor cantidad de compromisos, los brazos transversales dobles son los reyes, pero el objetivo de un automóvil de carretera de rendimiento no es el máximo agarre todo el tiempo. Especialmente en algo como el GR86, que se enorgullece de tener límites accesibles que permiten que más conductores jueguen en esa zona divertida entre el agarre y el derrape.

Aunque estamos lidiando con la física en el mundo del automóvil, las cosas nunca son en blanco y negro, nunca binarias. Decir que "las horquillas dobles son mejores" no está mal, pero es una gran simplificación.

Entusiasta de los automóviles desde la infancia, Chris Perkins es un nerd de la ingeniería de Road & Track y apologista de Porsche. Se unió al personal en 2016 y nadie ha encontrado la manera de despedirlo desde entonces. Estaciona un Porsche Boxster en la calle en Brooklyn, Nueva York, para horror de todos los que ven el auto, incluido el propio autor. También insiste en que no es una persona convertible, a pesar de tener tres.

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