La sensación adecuada – cómo se desarrolló IFS

La tarea estaba claramente definida: desarrollar un sistema de suspensión que convirtiera a los camiones de Volvo en líderes mundiales de conducción y comodidad. Lograr el objetivo fue más que un reto.

Un ingeniero trabajando en las pruebas de la IFS.

Se han tardado más de diez años en desarrollar la suspensión delantera individual o IFS (individual front suspension) de Volvo Trucks.

Dentro del mecanismo vibratorio.

El mecanismo vibratorio de Volvo Trucks, el mayor de este tipo en el mundo, ayuda a recrear las condiciones en la pista de pruebas.

El sector de los camiones es conservador respecto a nuevas tecnologías. Por ese motivo, Volvo Trucks ha sorprendido a muchos con la presentación de la primera suspensión delantera individual (IFS) para camiones.

Jan Zachrisson, ingeniero senior, explica por qué IFS levantó tanta expectación cuando se presentó en otoño de 2012. “Las partes de los sistemas de suspensión actuales se basan en principio en la misma tecnología que se utilizaba para los carros de caballos del siglo XVIII. Separar las ruedas del chasis frontal, para que puedan funcionar independientemente, es una revolución en los camiones pesados”. 

Antes de que Jan Zachrisson empezara a trabajar en el sistema IFS, participó en la actualización del chasis frontal existente con suspensión neumática para el nuevo Volvo FH. Con conocimientos de autobuses Volvo, también tuvo la experiencia anterior de trabajar con sistemas de suspensión individuales, ya que esta tecnología se ha usado durante casi 30 años en el sector de los autobuses.

“El chasis frontal actual, con los sistemas de suspensión neumática y por ballestas, es tan bueno que no se pueden desarrollar esas técnicas mucho más. Con la introducción de IFS, estamos escribiendo los primeros capítulos de un libro totalmente nuevo y estamos cambiando la percepción del conductor sobre lo que se siente al conducir un camión”.

Con la introducción de IFS, estamos escribiendo los primeros capítulos de un libro totalmente nuevo y estamos cambiando la percepción del conductor sobre lo que se siente al conducir un camión.

Jan Zachrisson

ingeniero senior responsable de IFS

El primer borrador del libro sobre IFS fue presentado por Volvo Trucks hace más de 10 años. En ese momento se dibujaron los primeros prototipos del sistema, pero no fue hasta 2008 cuando el trabajo de desarrollo empezó en serio. Durante los últimos cinco años, Bror Lundgren ha liderado un equipo de proyecto de unas 15 personas y juntos han desarrollado la nueva tecnología. 

“Se nos encargó la tarea de crear un diseño que convirtiera a los camiones Volvo en los mejores del mundo en cuanto a conducción y comodidad. Como parte del trabajo ya se había realizado anteriormente, teníamos una plataforma realmente buena sobre la que basar nuestro trabajo, pero el trabajo de desarrollo más importante, la transición de un concepto a un proyecto industrial, aún estaba por completar”, explica Bror Lundgren.

El mecanismo vibratorio.

Como la tecnología IFS es totalmente nueva en el sector de los camiones, el sistema se ha probado infinidad de veces en el mecanismo vibratorio para camiones de Volvo.

 

No es ninguna coincidencia que Bror Lundgren, con su experiencia en sistemas de suspensión individuales en el sector del automóvil, fuera elegido para liderar el desarrollo del sistema IFS de los camiones Volvo.

El principio básico del sistema es el mismo para los coches y los camiones: la suspensión individual de las ruedas hace que el vehículo sea más estable y predecible en la carretera. 

Sin embargo, en lo que respecta al diseño, los sistemas son diferentes. El mayor desafío al que se enfrentaron los ingenieros de camiones Volvo fue el espacio y la rigidez. 

En un coche, la rigidez del sistema se logra mediante el bastidor al que se acopla el eje. Sin embargo, este tipo de solución es imposible en un camión por dos motivos. El primero es que el motor se encuentra en las mismas zonas que la suspensión. El segundo es que la estructura del bastidor al que se acopla el sistema tiene una altura mayor en relación con la superficie de la carretera. Como resultado, la rigidez natural de un coche no se puede recrear en un camión.

La solución es un diseño en el que las partes móviles del sistema se mantengan unidas por dos sub-bastidores que recorren la parte inferior del motor. 

Prueba en carretera.

El vehículo de pruebas se somete a varias pruebas rigurosas de carretera en el terreno de pruebas de Gotemburgo, en Suecia.

“No debe haber movimientos laterales, por eso dedicamos muchos esfuerzos a lograr la máxima rigidez posible de la estructura del sistema IFS”, explica Bror Lundgren.

“Cuando pasamos nuestras pruebas en circuito y nos dimos cuenta de que el diseño iba a funcionar, el sentimiento fue de una gran victoria”, añade.  

Las pruebas en circuito son una serie de pruebas importantes que se realizan en el departamento de desarrollo de camiones de Volvo en Gotemburgo, Suecia. Todo el recinto de pruebas tiene un ligero olor a aceite y se oye constantemente una señal sonora del sistema hidráulico que acciona el gigantesco mecanismo vibratorio. 

“Lo denominamos T-Rex. Es el mayor mecanismo vibratorio del mundo. Su peso total supera las 1.200 toneladas”, afirma el ingeniero de pruebas Emil Skoog, que trabaja en las instalaciones. 

Un sistema de pistones y cilindros hace vibrar el eje a diferentes intervalos, sometiendo el sistema IFS a fuerzas extremas en el mecanismo vibratorio. Las señales que controlan la vibración se han recopilado en forma de datos de un vehículo de pruebas en el terreno de pruebas de camiones de Volvo en Hällered, a las afueras de Gotemburgo.

“En el terreno de pruebas, el vehículo de pruebas se somete a varias pruebas de carretera rigurosas. En el eje hay varios sensores que registran las fuerzas y los movimientos durante los ensayos”, explica Bror Lundgren.

En el mecanismo vibratorio, el número de cargas en la estructura es mucho mayor de lo que sería en la vida real, para garantizar que el sistema es suficientemente fuerte.

Bror Lundgren

jefe de proyectos de IFS

Al transferir estos datos y después usarlos en el mecanismo vibratorio, se pueden recrear las condiciones del terreno de pruebas. Los datos que se usan solamente simulan las partes del terreno de pruebas en las que el vehículo de pruebas se somete a las cargas más pesadas. De esta manera, las pruebas se optimizan en términos de tiempo, ya que se puede eliminar la conducción innecesaria y otros tipos de tiempo de inactividad.   

“En el mecanismo vibratorio el número de cargas en la estructura es mucho mayor de lo que sería en la vida real, para asegurarse de que el sistema es suficientemente fuerte”, explica Bror Lundgren. 

El eje se prueba cientos de veces en el mecanismo vibratorio durante un período de prueba que dura 10 semanas. Bror examina el eje de pruebas en la plataforma y explica la importancia de todos los ensayos.

 

Ejes sometidos a prueba.

Los ejes se prueban cientos de veces en el mecanismo vibratorio durante un periodo de prueba que dura 10 semanas.

“Tenemos una responsabilidad ante nuestros clientes, que consiste en probar y seguir probando hasta que estamos seguros de que el sistema está listo para producción. Como vamos a utilizar esta nueva tecnología en el futuro, también es importante comprobar cómo funciona. Debemos documentar los conocimientos que adquirimos”.

El resultado de cinco años de trabajo de desarrollo es el primer IFS fabricado en serie del mundo para camiones de gran tonelaje. No obstante, ¿cuáles son las mayores ventajas de esta nueva tecnología? 

“Sus propiedades de conducción son simplemente revolucionarias. Como conductor, puede relajarse de una forma totalmente diferente y esto crea una sensación totalmente diferente de seguridad y estabilidad en comparación con una suspensión delantera convencional”, explica Jan Zachrisson.  

Bror Lundgren está de acuerdo y realiza una comparación entre dos pelotas de playa.

“Con un eje con suspensión neumática o de ballestas, usted está sentado encima de la pelota de playa y a menudo se ve forzado a realizar movimientos para mantener el equilibro. Con un IFS, usted está sentado dentro de la pelota de playa y tiene un mayor control sobre la situación. Esto crea una sensación de mayor seguridad”. 

Como conductor, puede relajarse de una forma totalmente nueva y esto crea una sensación totalmente diferente de seguridad y estabilidad en comparación con una suspensión delantera convencional.

Jan Zachrisson

ingeniero senior responsable de IFS

La mejora de las sensaciones que transmite el volante, gracias a la dirección de cremallera y piñón integrada en el sistema (una tecnología que también es exclusiva en la industria del camión), es un factor decisivo para lograr características de conducción fantásticas.

En el mecanismo vibratorio, Emil Skoog comienza con el programa de pruebas del día. Los pistones empiezan a trabajar y el eje de prueba empieza a recibir sacudidas hacia arriba y abajo. El suelo suspendido en el aire sobre el que reposa el mecanismo de vibración se mueve y se pueden notar claramente los movimientos ondulatorios.

“En comparación con una caja de dirección convencional, la dirección de cremallera y piñón es un sistema más rígido que ofrece una respuesta más directa. El tiempo entre reflexión y acción es más corto y de esta manera se refuerza la sensación de control y seguridad”, afirma Jan Zachrisson.

Bror Lundgren está convencido de que con la introducción de IFS se está escribiendo un nuevo capítulo en la historia de la ingeniería de automoción en lo que respecta a sistemas de suspensión de las ruedas en el sector de los camiones.

“Hemos conseguido redefinir con éxito la sensación de conducir un camión. Jan Zachrisson afirma que hemos escrito el primer capítulo en el libro que lleva por título IFS. Estoy convencido de que este libro tendrá muchos capítulos”. 

 

Mecanismo vibratorio.

El sistema IFS se somete a fuerzas extremas en el mecanismo vibratorio, en el que un sistema de pistones y cilindros somete el eje a sacudidas. Para aplicar las fuerzas, el mecanismo vibratorio descansa sobre un bloque de cemento suspendido en el aire de 1.000 toneladas.

Cómo funciona: componentes clave de IFS

El desafío para los diseñadores fue crear un diseño con varios componentes móviles que funcionara como una unidad sólida. Esta es su solución.

1. Dirección asistida de piñón y cremallera
Los movimientos del volante se transfieren a la dirección asistida de piñón y cremallera. A continuación, el movimiento se transfiere a la barra de acoplamiento y las rótulas de cada lado y después a los brazos de dirección. Desde el brazo de dirección, el movimiento pasa al palier, gracias al cual la rueda del camión gira.

2. Amortiguadores
La energía de los impactos es absorbida por los amortiguadores instalados en un soporte del pivote y el bastidor del chasis en la parte superior.

3. Pie de anclaje
Los brazos de soporte superior e inferior, los amortiguadores, los palieres, los cilindros de fuelle y el sistema de dirección están conectados al pie de anclaje. Para resistir las grandes tensiones, el pie de anclaje se fabrica en una sola pieza de material de alta resistencia. El avance y la inclinación correcta del pivote se integran en el diseño y esto ofrece una experiencia de conducción extraordinaria y un desgaste mínimo de los neumáticos.

4. Estructura del sub-bastidor
Los brazos de soporte superiores e inferiores están montados en una estructura de sub-bastidor que mantiene toda la construcción en su lugar. La estructura del sub-bastidor, que está fabricada en hierro fundido, se acopla al bastidor del chasis.

5. Brazos de control dobles
Las ruedas delanteras están conectadas a un pie de anclaje en cada lado, suspendido independientemente en la estructura del chasis mediante un brazo de control superior y un brazo de control inferior. Un muelle neumático, posicionado entre el pie de anclaje y la estructura del bastidor, traslada la carga y absorbe los movimientos dinámicos generados por los obstáculos de la superficie de la carretera durante la conducción.

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