SISTEMA DE DIRECCION

El conjunto de mecanismos que componen el sistema de direccin tienen la misin de orientar las ruedas delanteras para que el vehculo tome la trayectoria deseada por el conductor.Para que el conductor no tenga que realizar esfuerzo en la orientacin de las ruedas (a estas ruedas se las llama "directrices".), el vehculo dispone de un mecanismo desmultiplicador, en los casos simples (coches antiguos), o de servomecanismo de asistencia (en los vehculos actuales).

Caractersticas que deben reunir todo sistema direccinSiendo la direccin uno de los rganos mas importantes en el vehculo junto con el sistema de frenos, ya que de estos elementos depende la seguridad de las personas; debe reunir una serie de cualidades que proporcionan al conductor, la seguridad y comodidad necesaria en la conduccin. Estas cualidades son las siguientes:

Seguridad: depende de la fiabilidad del mecanismo, de la calidad de los materiales empleados y del entretenimiento adecuado.Suavidad: se consigue con un montaje preciso, una desmultiplicacin adecuada y un perfecto engrase.La dureza en la conduccin hace que sta sea desagradable, a veces difcil y siempre fatigosa. Puede producirse por colocar unos neumticos inadecuados o mal inflados, por un "avance" o "salida" exagerados, por carga excesiva sobre las ruedas directrices y por estar el eje o el chasis deformado.Precisin: se consigue haciendo que la direccin no sea muy dura ni muy suave. Si la direccin es muy dura por un excesivo ataque (mal reglaje) o pequea desmultiplicacin (inadecuada), la conduccin se hace fatigosa e imprecisa; por el contrario, si es muy suave, por causa de una desmultiplicacin grande, el conductor no siente la direccin y el vehculo sigue una trayectoria imprecisa. La falta de precisin puede ser debida a las siguientes causas:- Por excesivo juego en los rganos de direccin.- Por alabeo de las ruedas, que implica una modificacin peridica en las cotas de reglaje y que no debe de exceder de 2 a 3 mm.- Por un desgaste desigual en los neumticos (falso redondeo), que hace ascender a la mangueta en cada vuelta, modificando por tanto las cotas de reglaje.- El desequilibrio de las ruedas, que es el principal causante del shimmy, consiste en una serie de movimientos oscilatorios de las ruedas alrededor de su eje, que se transmite a la direccin, produciendo reacciones de vibracin en el volante.- Por la presin inadecuada en los neumticos, que modifica las cotas de reglaje y que, si no es igual en las dos ruedas, hace que el vehculo se desve a un lado.Irreversibilidad: consiste en que el volante debe mandar el giro a las pero, por el contrario, las oscilaciones que toman estas, debido a las incidencias del terreno, no deben se transmitidas al volante. Esto se consigue dando a los filetes del sin fin la inclinacin adecuada, que debe ser relativamente pequea.

Como las trayectorias a recorrer por la ruedas directrices son distintas en una curva (la rueda exterior ha de recorrer un camino mas largo por ser mayor su radio de giro, como se ve en la figura inferior), la orientacin que debe darse a cada una distinta tambin (la exterior debe abrirse mas), y para que ambas sigan la trayectoria deseada, debe cumplirse la condicin de que todas las ruedas del vehculo, en cualquier momento de su orientacin, sigan trayectorias curvas de un mismo centro O (concntricas), situado en la prolongacin del eje de las ruedas traseras. Para conseguirlo se disponen los brazos de acoplamiento A y B que mandan la orientacin de las ruedas, de manera que en la posicin en linea recta, sus prolongaciones se corten en el centro C del puente trasero o muy cerca de este.

Esta solucin no es totalmente exacta, sino que existe un cierto error en las trayectorias seguidas por las ruedas si se disponen de la manera reseada. En la practica se alteran ligeramente las dimensiones y ngulos formados por los brazos de acoplamiento, para conseguir trayectorias lo ms exactas posibles. La elasticidad de los neumticos corrige automticamente las pequeas variaciones de trayectoria.Las ruedas traseras siguen la trayectoria curva, como ya se vio, gracias al diferencial (cuando el vehculo tiene traccin trasera), que permite dar a la exterior mayor numero de vueltas que a la interior; pero como estas ruedas no son orientables y para seguir su trayectoria debe abrirse ms la rueda exterior, resulta de ello un cierto resbalamiento en curva, imposible de corregir, que origina una ligera perdida de adherencia, ms acusada si el piso est mojado, caso en el que puede producirse el derrape en curvas cerradas tomadas a gran velocidad.

Arquitecturas del sistema de direccinEn cuanto se refiere a las disposiciones de los mecanismos que componen el sistema de direccin, podemos distinguir dos casos principales: direccin para el eje delantero rgido y direccin para tren delantero de suspensin independiente. Cada uno de estos casos tiene su propia disposicin de mecanismos.

El sistema de direccin para eje delantero rgidoNo se usa actualmente por lo que haremos una pequea resea sobre el sistema.Se utiliza una barra de acoplamiento nica (4) que va unida a los brazos de la rueda (3) y a la palanca de ataque o palanca de mando (2).

El sistema de direccin para tren delantero de suspensin independienteCuando hay una suspensin independiente para cada rueda delantera, como la separacin entre estas vara un poco al salvar las irregularidades de la carretera, se necesita un sistema de direccin que no se vea afectada por estas variaciones y mantenga la direccin de las ruedas siempre en la posicin correcta.

Un tipo de direccin es el que utiliza una barra de acoplamiento dividida en tres partes(1, 2, 3, en la figura inferior).El engranaje (S) hace mover transversalmente el brazo (R) que manda el acoplamiento, a su vez apoyado por la palanca oscilante (O) en la articulacin (F) sobre el bastidor.

Para transformar el giro del volante de la direccin en el movimiento a un lado u otro del brazo de mando, se emplea el mecanismo contenido en la caja de la direccin, que al mismo tiempo efecta una desmultiplicacin del giro recibido, para permitir al conductor orientar las ruedas con un pequeo esfuerzo realizado en el volante de la direccin. Se llama relacin de desmultiplicacin, la que existe entre los ngulos de giro del volante y los obtenidos en la orientacin de las ruedas. Si en una vuelta completa del volante de la direccin (360) se consigue una orientacin de 20 en las ruedas, se dice que la desmutiplicacin es de 360:20 o, lo que es igual 18:1. El valor de esta orientacin varia entre 12:1 y 24:1, dependiendo este valor del peso del vehculo que carga sobre las ruedas directrices.

Existen varios tipos de mecanismos de la direccin, estn los de tornillo sin fin y los de cremallera.

Mecanismos de direccin de tornillo sinfnConsiste en un tornillo que engrana constantemente con una rueda dentada. El tornillo se une al volante mediante la "columna de direccin", y la rueda lo hace al brazo de mando. De esta manera, por cada vuelta del volante, la rueda gira un cierto ngulo, mayor o menor segn la reduccin efectuada, por lo que en dicho brazo se obtiene una mayor potencia para orientar las ruedas que la aplicada al volante.

En la figura inferior se ha representado el sistema de tornillo y sector dentado, que consiste en un tornillo sinfn (7), al que se une por medio de estras la columna de la direccin. Dicho sinfn va alojado en una caja (18), en la que se apoya por medio de los cojinetes de rodillos (4). Uno de los extremos del sinfn recibe la tapadera (5), roscada a la caja, con la cual puede reglarse el huelgo longitudinal del sinfn. El otro extremo de ste sobresale por un orificio en la parte opuesta de la carcasa, donde se acopla el reten (20), que impide la salida del aceite contenido en el interior de la caja de la direccin.

Engranando con el sinfn en el interior de la caja de la direccin se encuentra el sector (11), que se apoya en el casquillo de bronce (17) y que por su extremo recibe el brazo de mando (28) en el estriado cnico, al que se acopla y mantiene por medio de la tuerca (30) roscada al mismo eje del sector. Rodeando este mismo eje y alojado en la carcasa se monta el retn (24). El casquillo de bronce (17), donde se aloja el eje del sector, es excntrico para permitir, mediante el tornillo con excntrica (10) acercar mas o menos dicho sector el sinfn. con el fin de efectuar el ajuste de ambos a medida que vaya produciendose desgaste. El tornillo de reglaje (10) se fija por medio de la tuerca (8) para impedir que vare el reglaje una vez efectuado. La posicin del casquillo (17) se regula por la colaboracin de la chapa (22) y su sujeccin al tornillo (27).

Mecanismo de direccin de cremalleraEsta direccin se caracteriza por la sencillez de su mecanismo desmultiplicador y su simplicidad de montaje, al eliminar gran parte de la tiranteria direccional. Va acoplada directamente sobre los brazos de acoplamiento de las ruedas y tiene un gran rendimiento mecnico.Debido a su precisin en el desplazamiento angular de las ruedas se utiliza mucho en vehculos de turismo, sobre todo en los de motor y traccin delantera, ya que disminuye notablemente los esfuerzos en el volante. Proporciona gran suavidad en los giros y tiene rapidez de recuperacin, haciendo que la direccin sea muy estable y segura.El mecanismo esta constituido por una barra (1) tallada en cremallera que se desplaza lateralmente en el interior del crter. Esta barra es accionada por un pin helicoidal (2) montado en el rbol del volante y que gira engranado a la cremallera.

En la esquema inferior se ve el despiece del sistema de direccin de cremallera, que consiste en una barra (6), donde hay labrada una cremallera en la que engrana el pin (9), que se aloja en la caja de direccin (1), apoyado en los cojinetes (10 y 16). El pin (9) se mantiene en posicin por la tuerca (14) y la arandela (13); su reglaje se efecta quitando o poniendo arandelas (11) hasta que el clip (12) se aloje en su lugar. La cremallera (6) se apoya en la caja de direccin (1) y recibe por sus dos extremos los soportes de la articulacin (7), roscado en ella y que se fijan con las contratuercas (8). Aplicado contra la barra de cremallera (6) hay un dispositivo (19), de rectificacin automtica de la holgura que pueda existir entre la cremallera y el pin (9). Este dispositivo queda fijado por la contratuerca (20).

Al girar el volante en uno u otro sentido tambin lo hace la columna de la direccin unida al pin (9), que gira con ella. El giro de este pin produce el movimiento de la barra de cremallera (6) hacia uno u otro lado, y mediante los soportes de articulacin (7), unidos por unas bielas a los brazos de acoplamiento de las ruedas, se consigue la orientacin de estas. Esta unin se efecta como se ve en la figura inferior, por medio de una rtula (B), que permite el movimiento ascendente y descendente de la rueda, a cuyo brazo de acoplamiento se une. La biela de unin resulta partida y unida por el manguito roscado de reglaje (A), que permite la regulacin de la convergencia de las ruedas.

Sistema de reglaje en el mecanismo de cremalleraEl reglaje para mantener la holgura correcta entre el pin (1) y la cremallera (2), se realiza por medio de un dispositivo automtico instalado en la caja de direccin y que adems sirve de gua a la cremallera.El sistema consiste en un casquillo (3) acoplado a la caja de direccin (4), en cuyo interior se desplaza un empujador (6) y tornillo de reglaje (7), que rosca en una pletina (8) fija con tornillo (9) al casquillo. Una vez graduada la holgura entre el pin y la cremallera, se bloquea la posicin por medio de la contratuerca (10).Existen varios sistemas de reglaje de la holgura pin cremallera, pero los principales son los representados en las figuras.

Sistemas de montajeTeniendo en cuenta la situacin y disposicin del motor en el vehculo, as como los otros rganos del mismo con respecto a la caja de la direccin, los fabricantes han adoptado diferentes sistemas de enlace entre la cremallera y los brazos de acoplamiento, adaptados a las caractersticas del vehculo.

Sistema lineal: el mas sencillo de todos ellos es el adaptado en los vehculos Simca y Renault, que consiste en unir directamente la barra de cremallera (2) a los brazos de las ruedas (6) a travs de las bieletas o barras de acoplamiento (4). Estas bieletas se unen por un extremo a la cremallera (2) y, por el otro, al brazo de acoplamiento (6), por medio de unas rtulas (5); de esta forma se hace regulable la unin con las ruedas. Este sistema, completamente lineal, transmite el movimiento directamente de la cremallera a las ruedas directrices.

Sistema no lineal: el fabricante Peugeot utiliza un mecanismo que consiste en unir las ruedas por medio de una barra de acoplamiento (2) en paralelo con la cremallera (1), de lo cual resulta un ensamblaje no lineal, sino paralelo rgido y sin desmultiplicacin. La barra (2) se desplaza, al mismo tiempo, con la barra de cremallera (1), ya que ambos elementos van unidos por medio de un pivote de acoplamiento o dedo (3). A los extremos de la barra se unen unos pivotes roscados (4) y el guardapolvos (8) que enlazan con las bieletas (6) de acoplamiento a las ruedas.

Columna de la direccinTanto en el modelo de la figura inferior como en otros, suele ir "partida" y unidas sus mitades por una junta cardnica, que permite desplazar el volante de la direccin a la posicin mas adecuada de manejo para el conductor. Desde hace muchos aos se montan en la columna dispositivos que permiten ceder al volante (como la junta citada) en caso de choque frontal del vehculo, pues en estos casos hay peligro de incrustarse el volante en el pecho del conductor. Es frecuente utilizar uniones que se rompen al ser sometidas a presin y dispositivos telescopicos o articulaciones angulares que impiden que la presin del impacto se transmita en linea recta a lo largo de la columna.

En la figura inferior se muestra el despiece e implantacin de este tipo de direccin sobre el vehculo. La carcasa (Q) o crter de cremallera se fija al bastidor mediante dos soportes (P) en ambos extremos, de los cuales salen los brazos de acoplamiento o bieletas de direccin (N), que en su unin a la cremallera estn protegidas por el capuchn de goma o guardapolvos (O), que preserva de suciedad esta unin. El brazo de acoplamiento dispone de una rtula (M) en su unin al brazo de mangueta y otra axial en la unin a la cremallera tapada por el fuelle (O). Esta disposicin de los brazos de acoplamiento permite un movimiento relativo de los mismos con respecto a la cremallera, con el fin de poder seguir las oscilaciones del sistema de suspensin, sin transmitir reacciones al volante de la direccin.

La columna de la direccin va partida, por las cuestiones de seguridad ya citadas, y para llevar el volante a la posicin idnea de conduccin. El enlace de ambos tramos se realiza con la junta universal (B) y la unin al eje del pin de mando (K) se efecta por interposicin de la junta elstica (D).El ataque del pin sobre la cremallera se logra bajo la presin ejercida por el muelle (S) sobre el pulsador (R), al que aplica contra la barra cremallera de la parte opuesta al engrane del pin, mientras que el posicionamiento de est se establece con la interposicin de las arandelas de ajuste (H).

RtulasLa rtula es el elemento encargado de conectar los diferentes elementos de la suspensin a las bieletas de mando, permitiendose el movimiento de sus miembros en planos diferentes. La esfera de la rtula va alojada engrasada en casquillos de acero o plsticos pretensados. Un fuelle estanqueizado evita la perdida de lubricante. La esfera interior, macho normalmente, va fija al brazo de mando o a los de acoplamiento y la externa, hembra, encajada en el macho oscila en ella; van engrasadas, unas permanentes hermticas que no requieren mantenimiento, otras abiertas que precisan ajuste y engrase peridico.

Direccin asistida

Debido al empleo de neumticos de baja presin y gran superficie de contacto, la maniobra en el volante de la direccin para orientar las ruedas se hace difcil, sobre todo con el vehculo parado. Como no interesa sobrepasar un cierto limite de desmultiplicacon, porque se pierde excesivamente la sensibilidad de la direccin, en los vehculos se recurre a la asistencia de la direccin, que proporciona una gran ayuda al conductor en la realizacin de las maniobras y, al mismo tiempo, permite una menor desmultiplicacin, ganando al mismo tiempo sensibilidad en el manejo y poder aplicar volantes de radio mas pequeo.La direccin asistida consiste en acoplar a un mecanismo de direccin simple, un circuito de asistencia llamado servo-mando. Este circuito puede ser accionado por el vaco de la admisin o el proporcionado por una bomba de vaco, la fuerza hidrulica proporcionada por una bomba hidrulica, el aire comprimido proporcionado por un compresor que tambin sirve para accionar los frenos y tambin ltimamente asistido por un motor elctrico (direccin elctrica).

El mas usado hasta ahora es el de mando hidrulico (aunque actualmente los sistemas de direccin con asistencia elctrica le estn comiendo terreno) del que se muestra el esquema bsico en la figura inferior. Puede verse en ella que el volante de la direccin acciona un pin, que a su vez mueve una cremallera como en una direccin normal de este tipo; pero unido a esta cremallera se encuentra un pistn alojado en el interior de un cilindro de manera que a una u otra de las caras puede llegar el liquido a presin desde una vlvula distribuidora, que a su vez lo recibe de un depsito, en el que se mantiene almacenado a una presin determinada, que proporciona una bomba y se conserva dentro de unos limites por una vlvula de descarga.

Ventajas e inconvenientes de la servodireccin

Ventajas:1.- Reducen el esfuerzo en el volante, con menor fatiga para el conductor, ventaja muy conveniente en los largos recorridos o para las maniobras en ciudad.2.- Permiten acoplar una direccin mas directa; es decir, con una menor reduccin con lo que se obtiene una mayor rapidez de giro en las ruedas. Esto resulta especialmente adecuado en los camiones y autocares.3.- En el caso de reventn del neumtico, extraordinariamente grave en las ruedas directrices, estos mecanismos corrigen instantneamente la direccin, actuando automticamente sobre las ruedas en sentido contrario al que el neumtico reventado hara girar al vehculo.4 No presentan complicaciones en el montaje, son de fcil aplicacin a cualquier vehculo y no afectan a la geometra de la direccin.5.- Permiten realizar las maniobras mas delicadas y sensibles que el conductor precise, desde la posicin de paro a la mxima velocidad. La capacidad de retorno de las ruedas, al final del viraje, es como la de un vehculo sin servodireccin.6.- En caso de avera en el circuito de asistencia, el conductor puede continuar conduciendo en las mismas condiciones de un vehculo sin servodireccin, ya que las ruedas continan unidas mecnicamente al volante aunque, naturalmente, tenga que realizar mayor esfuerzo en el mismo.Inconvenientes:Los inconvenientes de estos mecanismos con respecto a las direcciones simples con prcticamente nulos ya que, debido a su simplicidad y robustez, no requieren un entretenimiento especial y no tienen prcticamente averas. Por tanto los nicos inconvenientes a destacar son:1.- Un costo mas elevado en las reparaciones, ya que requieren mano de obra especializada.2.- El costo mas elevado de este mecanismo y su adaptacin inicial en el vehculo, con respecto a la direccin simple.

Modelos de sistemas de servodireccin hidrulicaUno de los mas empleados de este tipo de sistemas es el de Virex-Fulmina, cuya disposicin de elementos corresponde al tipo integral (mando directo). Esta formada por un dispositivo hidrulico de accionamiento, montado en su interior, y un mecanismo desmultiplicador del tipo sinfn y tuerca.El circuito hidrulico esta constituido (figura inferior) por una bomba de presin (2) accionada por el motor del vehculo y cuya misin es enviar aceite a presin al dispositivo de mando o mecanismo integral (1) de la servodireccin. El aceite es aspirado de un depsito (3) que lleva incorporado un filtro para la depuracin del aceite. La conduccin del aceite a presin entre los tres elementos se realiza a travs de las tuberas flexibles (4, 5 y 6) del tipo de alta presin.

El mbolo (1) del dispositivo hidrulico (figura inferior), alojado en el interior del mecanismo de la direccin, acta al mismo tiempo como amortiguador de las oscilaciones que se pudieran transmitir desde las ruedas a la direccin. Por ejemplo, en caso de un reventn en una de las ruedas, la vlvula de distribucin (2) reacciona automticamente en sentido inverso al provocado por el reventn; esto permite al conductor mantener el control del vehculo hasta poderlo parar con solo mantener sujeto el volante.Existe ademas, un dispositivo hidrulico de reaccin de esfuerzos sobre el volante, proporcional al esfuerzo realizado por la direccin, que permite al conductor conocer las reacciones del vehculo en todo momento, haciendo la direccin sensible al mando.

Como hemos visto hasta ahora la direccin asistida se divide en lo que hemos llamado direccin simple o mando mecnico y en el sistema de asistencia a la direccin o mando hidrulico.

Dispositivo de mando mecnicoEl mando mecnico esta formado por un mecanismo desmultiplicador de tornillo sinfn y tuerca. El husillo del sinfn (3), unido al rbol de la direccin, va apoyado, a travs del dispositivo elstico de la vlvula distribuidora (2) sobre dos rodamientos axiales. El giro del volante se transmite del husillo (3) a la tuerca (4), que se desplaza longitudinalmente empujado al mbolo de mando (1) unido a ella. El mbolo va unido, a su vez, a travs de una biela (5), a la manivela (6) que hace girar al eje (7) y al brazo de mando (8).

Dispositivo de mando hidrulicoLa vlvula de distribucin (figura inferior), situada en el interior del cuerpo central de la servodireccin, esta formada por una caja de vlvulas (1), en cuyo interior se desplaza una corredera (2) movida por el rbol de la direccin (3). Esta vlvula canaliza, segn la maniobra realizada en el volante, el aceite a presin hacia uno u otro lado del mbolo (4) de doble efecto.Mientras no se acta sobre el volante; las vlvulas se mantienen abiertas por estar situada la corredera en su posicin media. Esta posicin es mantenida por un dispositivo elstico de regulacin por muelles (5), que tienen una tensin inicial apropiada a las caractersticas del vehculo. En esta posicin el aceite tiene libre paso de entrada y salida por el interior del distribuidor sin que realice presin alguna sobre las caras del mbolo.

Al girar el volante para tomar una curva, es necesario vencer previamente la fuerza de resistencia que oponen los muelles para actuar las vlvulas; esto hace que, para maniobras que requieren poco esfuerzo sobre el volante, las vlvulas no actan, realizandose la maniobra con el dispositivo mecnico sin intervencin del mecanismo de asistencia.Vencido ese pequeo esfuerzo, y para mayores maniobras con el volante, las vlvulas actan desplazandose en uno u otro sentido y contando el paso de aceite a presin en una de las caras del mbolo. La presin del aceite sobre la otra cara del mbolo ayuda al conductor a realizar la maniobra necesaria. En las figuras inferiores pueden verse el funcionamiento y como se desplaza la corredera y los anillos que forman las vlvulas, as como el paso de aceite al lado correspondiente del mbolo. El aceite sin presin, desalojado por el mbolo es expulsado a travs de la vlvula correspondiente nuevamente al depsito.

La presin de aceite necesaria en cada maniobra es regulada automticamente en funcin del esfuerzo de reaccin necesario para hacer girar las ruedas del vehculo. Este esfuerzo de reaccin depende de la carga que gravita sobre las ruedas del estado de los neumticos y de la velocidad del vehculo en el momento de efectuarse la maniobra.Para cada presin de maniobra, que oscila de 0 a 70 kg/cm2, se produce un autoequilibrio en las vlvulas que regulan con su mayor o menor paso de aceite la presin necesario.En el interior del cuerpo de vlvulas, y situada entre los conductos de entrada y salida de aceite, hay instalada una vlvula de seguridad que, en caso de avera en el sistema hidrulico, establece automticamente la circulacin continua de aceite sin transmitir presin de uno al otro lado del mbolo. Con esto se anula el peligro de bloqueo en la direccin y se permite la conduccin mecnica sin la ayuda de la servo-direccin. Dada la misin que cumple esta vlvula, esta prevista de forma que, ni por desgaste no por causa accidental, pueda anularse su funcionamiento.

Bomba de presinEl tipo de bomba empleado en estas servodirecciones es el de tipo de paletas que proporciona un caudal progresivo de aceite hasta alcanzar las 1000 r.p.m. y luego se mantienen prcticamente constante a cualquier rgimen de funcionamiento por medio de unos limitadores de caudal y presin situados en el interior de la misma.

El limitador o regulador de caudal est formado por una vlvula de pistn (1) y un resorte tarado (2), intercalados entre la salida de la cmara de presin y el difusor de la bomba; hace retornar el caudal sobrante al circuito de entrada. El limitador de presin esta formado por una vlvula de asiento cnico o una esfera (3) y un resorte tarado (4), que comunica la salida de aceite con la parte anterior del difusor.El accionamiento de la bomba se efecta por una polea y correas trapeciales acopladas a la transmisin del motor.

Servodireccin hidrulica coaxialEsta servodireccin se caracteriza por llevar el sistema de accionamiento hidrulico (cilindro de doble efecto) independiente del mecanismo desmultiplicador, aplicando el esfuerzo de servoasistencia. coaxialmente, es decir, en paralelo con el sistema mecnico.La servodireccin coaxial puede aplicarse a cualquier tipo de direccin comercial, ya sea del tipo sinfn o de cremallera.El circuito hidrulico esta formado por un depsito (1) y una bomba que suministran aceite a presin a la vlvula distribuidora de mando (2). Esta vlvula acoplada a la direccin, es accionada el mover el volante y tiene como misin dar paso al aceite a una u otra cara del mbolo del cilindro de doble efecto (3). El cilindro puede ir acoplado en el cuerpo de vlvulas o acoplado directamente al sistema direccional de las ruedas (bieletas) como ocurre en las direcciones de cremallera.

Colocacin, despiece y funcionamiento de un sistema de servodireccin en el vehculo de la marca Audi 100

Esquema de situacin y funcionamiento de un sistema de servodireccin de un vehculo de la marca Audi 80 Quattro.

Servodireccin hidrulica de asistencia variable

Este sistema permite adaptar la tasa de asistencia a la velocidad del vehculo, o lo que es lo mismo varia el esfuerzo que hay que hacer sobre el volante dependiendo de la velocidad del vehculo y del valor de friccin, esfuerzo rueda-suelo. Haciendo variar el esfuerzo que hay que hacer en el volante segn la velocidad, este sistema de direccin tiene dos fases de funcionamiento:

Cuando el vehculo esta parado o circulando a muy baja velocidad, la tasa de asistencia tiene que ser grande para facilitar las maniobras cuando mas falta hace.Cuando el vehculo aumenta la velocidad la tasa de asistencia tiene que ir disminuyendo progresivamente, endureciendo la direccin, con el fin de ganar en precisin de conduccin y en seguridad.

El sistema toma los componentes de base de la direccin asistida clsica con:

Cilindro hidrulico de doble efecto integrado en el crter o caja de direccin.Depsito.Bomba de alta presin y regulador de presin (caudal).Vlvula distribuidora rotativa.Canalizaciones.

A los anteriores se les viene aadir los elementos siguientes:

Regulador de caudal integrado en el crter de la vlvula rotativa y constituido por un elemento de regulacin cuyos desplazamientos estn controlados por un motor elctrico paso a paso o tambin por un convertidor electrohdraulico..Un calculador electrnico situado bajo el asiento del pasajero que pilota el motor paso a paso, la velocidad se le transmite por medio de dos captadores, uno mecnico y otro electrnico.

Un sistema de direccin con asistencia variable es el Servotrnic ZF

Estructura del Servotrnic ZFLos componentes mas importantes son:

El depsitoLa bomba hidrulica con regulador de presin (caudal)Mecanismo de direccin con caja de vlvulas (vlvulas distribuidoras)Velocmetro controlado electrnicamenteMdulo de servodireccin (calculador electrnico)Convertidor electrohidrulico

La caja de vlvulas contiene:

Barra de torsinDistribuidor giratorioManguito de controlEmbolo de reaccin

Funcionamiento del Servotrnic ZF

Funcionamiento sin seal de velocidad:La barra de torsin (10) va unida por su parte superior al distribuidor giratorio (12) y por su parte inferior al pin propulsor (20) y el casquillo de control (13).Al mover el volante se gira el distribuidor rotativo (12) conjuntamente con el pin propulsor (20), el casquillo de control (13) y el mbolo de reaccin (8) en la caja de vlvula (23). Mediante el par de giro transmitido por la columna de la direccin se deforma la barra de torsin (10) en la seccin elstica. Con ello se produce un desplazamiento radial del distribuidor giratorio (12) hacia el manguito de control (13). El liquido hidrulico que proviene de la bomba se dirige al lado correspondiente del mbolo de trabajo (24) en el mecanismo de la direccin.El mbolo de reaccin (8) permanece desactivado.

Funcionamiento con seal de velocidad:La carga del mbolo de trabajo (24) permanece inalterada.El mdulo de servodireccin (calculador) recibe una seal de tensin procedente del velocmetro electrnico (1) y somete el convertidor de par electrohidrulico (3) a una corriente, cuya intensidad corresponde a la velocidad de marcha momentnea. En correspondencia a dicha intensidad de corriente se abre la vlvula del convertidor de par electrohidrulico (3) y libera los canales hidrulicos hacia el mbolo de reaccin (8).El mbolo de reaccin (8) va unido hacia el interior con el distribuidor giratorio (12) mediante tres guas esfricas dispuestas axialmente. Hacia el exterior van unido el manguito de control (13) mediante una rosca esfrica de cuatro filetes.El movimiento axial del mbolo de reaccin (8), provocado por la carga de liquido hidrulico, es transformado en un movimiento radial por la rosca esfrica, el cual obra en sentido contrario al desplazamiento radial del distribuidor giratorio (12).En la caja de vlvulas (23) se encuentra de vlvula de limitacin de reaccin (4), que tiene la funcin de limitar la presin sobre el mbolo de reaccin (8) y hacer retomar el liquido hidrulico sobrante.

Direccin electromecnica de asistencia variable

En estos ltimos aos se esta utilizando cada vez mas este sistema de direccin, denominada direccin elctrica. La direccin elctrica se empez a utilizar en vehculos pequeos (utilitarios) pero ya se esta utilizando en vehculos del segmento medio, como ejemplo: la utilizada por el Renault Megane.En este tipo de direccin se suprime todo el circuito hidrulico formado por la bomba de alta presin, depsito, vlvula distribuidora y canalizaciones que formaban parte de las servodirecciones hidrulicas. Todo esto se sustituye por un motor elctrico que acciona una reductora (corona + tornillo sinfn) que a su vez mueve la cremallera de la direccin.

Sus principales ventajas son:

Se suprimen los componentes hidrulicos, como la bomba de aceite para servoasistencia, entubados flexibles, depsitos de aceite y filtrosSe elimina el lquido hidrulicoReduccin del espacio requerido, los componentes de servoasistencia van instalados y actan directamente en la caja de la direccin.Menor sonoridadReduccin del consumo energtico. A diferencia de la direccin hidrulica, que requiere un caudal volumtrico permanente, la direccin asistida electromecnica solamente consume energa cuando realmente se mueve la direccin. Con esta absorcin de potencia en funcin de las necesidades se reduce tambin el consumo de combustible (aprox. 0,2 L cada 100 km)Se elimina el complejo entubado flexible y cableado.El conductor obtiene una sensacin ptima al volante en cualquier situacin, a travs de una buena estabilidad rectilnea, una respuesta directa, pero suave al movimiento del volante y sin reacciones desagradables sobre pavimento irregular.

Como se puede ver, este sistema de direccin se simplifica y es mucho mas sencillo que los utilizados hasta ahora.

Sus inconvenientes son:

Estar limitado en su aplicacin a todos los vehculos (limitacin que no tiene el sistema de direccin hidrulica) ya que dependiendo del peso del vehculo y del tamao de las ruedas, este sistema no es valido. A mayor peso del vehculo normalmente mas grandes son las ruedas tanto en altura como en anchura, por lo que mayor es el esfuerzo que tiene que desarrollar el sistema de direccin, teniendo en cuenta que en las direcciones elctricas todo la fuerza de asistencia la genera un motor elctrico, cuanto mayor sea la asistencia a generar por la direccin, mayor tendr que ser el tamao del motor, por lo que mayor ser la intensidad elctrica consumida por el mismo.Un excesivo consumo elctrico por parte del motor elctrico del sistema de direccin, no es factible, ya que la capacidad elctrica del sistema de carga del vehculo esta limitada. Este inconveniente es el que impide que este sistema de direccin se pueda aplicar a todos los vehculos, ya que por lo dems todo son ventajas.

Estructura y componentes

En la direccin asistida electromecnica cuenta con doble pin. Se aplica la fuerza necesaria para el mando de la direccin a travs de uno de los piones llamado "pin de direccin" y a travs del otro pin llamado "pin de accionamiento". El pin de direccin transmite los pares de direccin aplicados por el conductor y el pin de accionamiento transmite, a travs de un engranaje de sin fin, el par de servoasistencia del motor elctrico para hacer el gobierno de la direccin mas fcil..Este motor elctrico con unidad de control y sistema de sensores para la servoasistencia de la direccin va asociado al segundo pin. Con esta configuracin est dada una comunicacin mecnica entre el volante y la cremallera. De esa forma se sigue pudiendo dirigir mecnicamente el vehculo en caso de averiarse el servomotor.

Funcionamiento

1El ciclo de servoasistencia de direccin comienza al momento en que el conductor mueve el volante.2Como respuesta al par de giro del volante se tuerce una barra de torsin en la caja de direccin. El sensor de par de direccin (situado en la caja de direccin) capta la magnitud de la torsin e informa sobre el par de direccin detectado a la unidad de control de direccin asistida.3El sensor de ngulo de direccin, informa sobre el ngulo momentneo y el sensor de rgimen del rotor del motor elctrico informa sobre la velocidad actual con que se mueve el volante.4En funcin del par de direccin, la velocidad de marcha del vehculo, el rgimen del motor de combustin, el ngulo de direccin, la velocidad de mando de la direccin y las curvas caractersticas implementadas en la unidad de control, sta calcula el par de servoasistencia necesario para el caso concreto y excita correspondientemente el motor elctrico.5La servoasistencia a la direccin se realiza a travs de un segundo pin que acta paralelamente sobre la cremallera. Este pin es accionado por un motor elctrico. El motor ataca hacia la cremallera a travs de un engranaje de sin fin y un pin de accionamiento y transmite as la fuerza de asistencia para la direccin.6La suma compuesta por el par de giro aplicado al volante y el par de servoasistencia constituye el par eficaz en la caja de direccin para el movimiento de la cremallera.

Funcionamiento de la direccin al estacionar

1El conductor gira bastante el volante para poder aparcar.2La barra de torsin se tuerce. El sensor del par de direccin detecta la torsin e informa a la unidad de control de que se est aplicando al volante un par de direccin intenso.3El sensor de ngulo de direccin avisa que hay un ngulo de direccin pronunciado y el sensor de rgimen del rotor informa sobre la velocidad del mando actual de la direccin.4Previo anlisis de las magnitudes correspondientes al par de direccin, la velocidad de marcha del vehculo de 0 km/h, el rgimen del motor de combustin, el pronunciadongulo de direccin, la velocidad de mando de la direccin y, en funcin de las curvas caractersticas implementadas en la unidad de control para v = 0 km/h, la unidad de control determina la necesidad de aportar un intenso par de servoasistencia y excita correspondientemente el motor elctrico.5En las maniobras de aparcamiento se aporta de ese modo la servoasistencia mxima para la direccin a travs del segundo pin que acta paralelamente sobre la cremallera.6La suma del par aplicado al volante y el par de servoasistencia mximo viene a ser el par eficaz en la caja de direccin para el movimiento de la cremallera en maniobras deaparcamiento.

Funcionamiento de la direccin circulando en ciudad

1El conductor mueve el volante al recorrer una curva en trfico urbano.2La barra de torsin se tuerce. El sensor de par de direccin detecta la torsin y avisa a la unidad de control de que hay un par de direccin, de mediana intensidad, aplicado al volante de la direccin.3El sensor de ngulo de direccin avisa que hay un ngulo de direccin de mediana magnitud y el sensor de rgimen del rotor informa sobre la velocidad momentnea con que se mueve el volante.4Previo anlisis del par de direccin de mediana magnitud, la velocidad de marcha del vehculo de 50 km/h, el rgimen del motor de combustin, un ngulo de direccin de mediana magnitud y la velocidad con que se mueve el volante, as como en funcin de las curvas caractersticas implementadas en la unidad de control para v = 50 km/h, la unidad de control determina la necesidad de aportar un par de servoasistencia de mediana magnitud y excita correspondientemente el motor elctrico.5Al recorrer una curva se produce as una servoasistencia de mediana magnitud para la direccin a travs del segundo pin, que acta paralelamente sobre la cremallera.6La suma compuesta por el par de giro aplicado al volante y el par de servoasistencia de mediana magnitud viene a ser el par eficaz en la caja de la direccin para elmovimiento de la cremallera al recorrer una curva en el trfico urbano.

Funcionamiento de la direccin circulando en autopista

1Al cambiar de carril, el conductor mueve el volante en pequea magnitud.2La barra de torsin se tuerce. El sensor de par de direccin detecta la torsin y avisa a la unidad de control de que est aplicado un leve par de direccin al volante.3El sensor de ngulo de direccin avisa que est dado un pequeo ngulo de direccin y el sensor de rgimen del rotor avisa sobre la velocidad momentnea con que se acciona el volante.4Previo anlisis del par de direccin de baja magnitud, la velocidad de marcha del vehculo de 100 km/h, el rgimen del motor de combustin, un pequeo ngulo de direccin y la velocidad con que se acciona el volante, y en funcin de las curvas caractersticas implementadas en la unidad de control para v = 100 km/h, la unidad de control determina la necesidad de aportar ya sea un par de direccin leve o no aportar ningn par de direccin, y excita correspondientemente el motor elctrico.5Al mover la direccin circulando en autopista se realiza de esta forma la servoasistencia de baja magnitud o bien no se aporta ninguna servoasistencia a travs del segundo pin que acta paralelamente sobre la cremallera.6La suma compuesta por el par de giro aplicado al volante y un mnimo par de servoasistencia viene a ser el par eficaz para el movimiento de la cremallera en un cambio de carril.

Funcionamiento de la direccin en "retrogiro activo"

1Si el conductor reduce el par de direccin al circular en una curva, la barra de torsin se relaja correspondientemente.2En combinacin con el descenso del par de direccin, teniendo en cuenta el ngulo de direccin y la velocidad con que se acciona el volante, el sistema calcula una velocidadterica para el retrogiro y la compara con la velocidad de mando de la direccin. De ah se calcula el par de retrogiro.3La geometra del eje hace que se produzcan fuerzas de retrogiro en las ruedas viradas. Las fricciones en el sistema de la direccin y del eje suelen hacer que las fuerzas deretrogiro sean demasiado bajas como para poder devolver las ruedas a su posicin de marcha recta.4Previo anlisis del par de direccin, la velocidad de marcha del vehculo, el rgimen del motor de combustin, el ngulo de direccin y la velocidad con que se gira el volante, as como en funcin de las curvas caractersticas implementadas en la unidad de control, sta calcula el par que debe aportar el motor elctrico para el retrogiro de la direccin.5El motor es excitado correspondientemente y las ruedas vuelven a la posicin de marcha recta.

Funcionamiento correccin de marcha recta

La correccin de marcha recta es una funcin que se deriva del retrogiro activo. Aqu se genera un par de servoasistencia para que el vehculo vuelva a la marcha rectilnea exenta de momentos de fuerza. El sistema distingue entre un algoritmo de corto y uno de largo plazo.

El algoritmo de largo plazo est dedicado a compensar las discrepancias a largo plazo que surgen con respecto a la marcha rectilnea, por ejemplo debido al cambio de neumticos de verano por neumticos de invierno (usados).

El algoritmo de corto plazo corrige discrepancias de duracin breve. Con ello se respalda al conductor, evitando que por ejemplo tenga que contravolantear continuamente al circular habiendo viento lateral constante.

1Una fuerza lateral constante, por ejemplo la del viento lateral, acta sobre el vehculo.2El conductor tuerce un poco el volante, para mantener el vehculo en marcha recta.3Analizando el par de direccin, la velocidad de marcha del vehculo, el rgimen del motor de combustin, el ngulo de direccin, la velocidad de mando de la direccin y actuando en funcin de las curvas caractersticas implementadas en la unidad de control, sta calcula el par que debe aportar el motor elctrico para la correccin de la marcha recta.4El motor elctrico de la direccin es excitado correspondientemente. El vehculo adopta la trayectoria de marcha recta. El conductor ya no tiene que dar contravolante.

Diagrama de los elementos que intervienen en la gestin electrnica de la direccin electromecnica

Sensor de ngulo de direccinEl sensor de ngulo de direccin va situado detrs del anillo retractor con el anillo colector para el sistema airbag. Se instala en la columna de direccin, entre el mando combinado y el volante.Suministra la seal para la determinacin del ngulo de direccin, destinndola a la unidad de control para electrnica de la columna de direccin a travs del CAN-Bus de datos.En la unidad de control para electrnica de la columna de direccin se encuentra el analizador electrnico para estas seales.

Efectos en caso de averaSi se avera el sensor se pone en vigor un programa de emergencia. La seal faltante se sustituye por un valor supletorio.La servoasistencia para la direccin se conserva plenamente La avera se indica encendindose el testigo de averas del cuadro de instrumentos.

Los componentes bsicos del sensor de ngulo de direccin son:

un disco de codificacin con dos anillosparejas de barreras luminosas con una fuente de luz y un sensor ptico cada una

El disco de codificacin consta de dos anillos, el anillo exterior de valores absolutos y el anillo interior de valores incrementales.

El anillo de incrementos esta dividido en 5 segmentos de 72 cada uno y es explorado por una pareja de barreras luminosas. El anillo tiene almenas en el segmento. El orden de sucesin de las almenas es invariable dentro de un mismo segmento, pero difiere de un segmento a otro. De ah resulta la codificacin de los segmentos.El anillo de absolutos viene a determinar el ngulo. Es explorado por 6 parejas de barreras luminosas.

El sensor de ngulo de direccin puede detectar 1044 de ngulo (casi 3 vueltas de volante). Se dedica a sumar los grados angulares. De esa forma, al sobrepasar la marca de los 360 reconoce que se ha ejecutado una vuelta completa del volante.La configuracin especifica de la caja de la direccin permite dar 2,76 vueltas al volante de la direccin.

Si por simplificar la explicacin se contempla solamente el anillo de incrementos, se aprecia por un lado del anillo la fuente luminosa y por el otro el sensor ptico (figura inferior)..La medicin del ngulo se realiza segn el principio de la barrera luminosa. Cuando la luz incide en el sensor al pasar por una almena del anillo se engendra una seal de tensin. Al cubrirse la fuente luminosa se vuelve a interrumpir la tensin de la seal.Al mover ahora el anillo de incrementos se produce una secuencia de seales de tensin.

De esa misma forma se genera una secuencia de seales de tensin en cada pareja de barreras luminosas aplicadas al anillo de valores absolutos.Todas las secuencias de seales de tensin se procesan en la unidad de control para electrnica de la columna de direccin.Previa comparacin de las seales, el sistema puede calcular a qu grados han sido movidos los anillos. Durante esa operacin determina tambin el punto de inicio del movimiento en el anillo de valores absolutos.

Sensor de par de direccinEl par de mando a la direccin se mide con ayuda del sensor de par de direccin directamente en el pin de direccin. El sensor trabaja segn el principio magnetorresistivo.Est configurado de forma doble (redundante), para establecer el mayor nivel de fiabilidad posible.

El sensor del par de giro acopla la columna y la caja de direccin a travs de una barra de torsin. El elemento de conexin hacia la columna posee una rueda polar magntica, enla que se alternan 24 zonas de diferente polaridad magntica.Para el anlisis de los pares de fuerza se emplean dos polos respectivamente.La contrapieza es un elemento sensor magnetorresistivo, que va fijado a la pieza de conexin hacia la caja de la direccin.Al ser movido el volante se decalan ambas piezas de conexin entre s en funcin del par que interviene.En virtud de que con ello tambin se decala la rueda polar magntica con respecto al elemento sensor, resulta posible medir el par aplicado a la direccin de esa forma y se lo puede transmitir a la unidad de control en forma de seal.

Efectos en caso de averaSi se avera el sensor de par de direccin se tiene que sustituir la caja de la direccin. Si se detecta un defecto se desactiva la servoasistencia para la direccin. La desactivacin no se realiza de forma repentina, sino suave. Para conseguir esta desactivacin suave la unidad de control calcula una seal supletoria para el par de direccin, tomando como base los ngulos de direccin y del rotor del motor elctrico. Si ocurre una avera se la visualizaencendindose en rojo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos.

Sensor de rgimen del rotorEl sensor de rgimen del rotor es parte integrante del motor para la direccin asistida electromecnica. No es accesible por fuera.

Aplicaciones de la sealEl sensor de rgimen del rotor trabaja segn el principio magnetorresistivo y su diseo es igual que el del sensor del par de direccin.Detecta el rgimen de revoluciones del rotor que tiene el motor elctrico para la direccin asistida electromecnica; este dato se necesita para poder excitar el motor con la debida precisin.

Efectos en caso de averaSi se avera el sensor se emplea la velocidad de ngulo de direccin a manera de seal supletoria.La asistencia a la direccin se reduce de forma segura. De ese modo se evita que se interrumpa de golpe la servoasistencia en caso de averiarse el sensor. La avera se indica encendindose en rojo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos.

Velocidad de marcha del vehculoLa seal de la velocidad de marcha del vehculo es suministrada por la unidad de control para ABS.

Efectos en caso de averaSi se ausenta la seal de velocidad de marcha del vehculo se pone en vigor un programa de marcha de emergencia. El conductor dispone de la plena servoasistencia a la direccin, pero se ausenta la funcin Servotronic. La avera se visualiza encendindose en amarillo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos.

Sensor de rgimen del motorEl sensor de rgimen del motor es un sensor Hall. Va atornillado a la carcasa de la brida de estanqueidad del cigeal.

Aplicaciones de la sealLa seal del sensor de rgimen del motor es utilizada por la unidad de control del motor para detectar el nmero de vueltas del motor y la posicin exacta del cigeal.

Efectos en caso de averaSi se avera el sensor de rgimen del motor, la direccin pasa a funcionar con borne 15. La avera no se visualiza con el testigo luminoso

Motor elctricoEl motor elctrico es una versin de motor asncrono sin escobillas. Desarrolla un par mximo de 4,1 Nm para servoasistencia a la direccin.Los motores asncronos no poseen campo magntico permanente ni excitacin elctrica. La caracterstica que les da el nombre reside en una diferencia entre la frecuencia de la tensin aplicada y la frecuencia de giro del motor. Estas dos frecuencias no son iguales, en virtud de lo cual se trata de un fenmeno de asincrona.Los motores asncronos son de construccin sencilla (sin escobillas), lo cual los hace muy fiables en su funcionamiento. Tienen una respuesta muy breve, con lo cual resultan adecuados para movimientos muy rpidos de la direccin.El motor elctrico va integrado en una carcasa de aluminio. A travs de un engranaje de sin fin y un pin de accionamiento ataca contra la cremallera y transmite as la fuerza de servoasistencia para la direccin. En el extremo del eje por el lado de control va instalado un imn, al cual recurre la unidad de control para detectar el rgimen del rotor. La unidad de control utiliza esta seal para determinar la velocidad de mando de la direccin.

Efectos en caso de averaUna ventaja del motor asncrono consiste en que tambin es movible a travs de la caja de la direccin al no tener corriente aplicada.Esto significa, que tambin en caso de averiarse el motor y ausentarse por ello la servoasistencia, sigue siendo posible mover la direccin aplicando una fuerza slo un poco superior. Incluso en caso de un cortocircuito el motor no se bloquea. Si el motor se avera, el sistema lo visualiza encendindose en rojo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos.

Unidad de control para la direccinLa unidad de control para direccin asistida va fijada directamente al motor elctrico, con lo cual se suprime un cableado complejo hacia los componentes de la servodireccin.Basndose en las seales de entrada, tales como:

la seal del sensor de ngulo de direccin,la seal del sensor de rgimen del motor,el par de direccin y el rgimen del rotor,la seal de velocidad de marcha del vehculola seal de que se identific la llave de contacto en la unidad de control.

La unidad de control calcula las necesidades momentneas de servoasistencia para la direccin. Calcula la intensidad de corriente excitadora y excita correspondientemente elmotor elctrico.La unidad de control tiene integrado un sensor trmico para detectar la temperatura del sistema de direccin. Si la temperatura asciende por encima de los 100 C se reduce de forma continua la servoasistencia para la direccin.Si la servoasistencia a la direccin cae por debajo de un valor de 60%, el testigo luminoso para direccin asistida se enciende en amarillo y se inscribe una avera en la memoria.

La familia de caractersticas y sus curvasLa regulacin de la servoasistencia para la direccin se lleva a cabo recurriendo a una familia de caractersticas almacenada en la memoria permanente de programas de la unidad de control. Esta memoria abarca hasta 16 diferentes familias de caractersticas. Por ejemplo, en el caso del Golf 2004 se utilizan 8 familias de caractersticas de entre todas las disponibles.Segn el planteamiento (p. ej. el peso del vehculo) se activa en fbrica una familia de caractersticas especfica.Sin embargo, tambin en el Servicio Postventa es posible activar la familia de caractersticas con ayuda del sistema de diagnosis. Esto resulta necesario, p. ej., si se sustiuye la unidad de control de la direccin.

Como ejemplos se han seleccionado aqu respectivamente una familia de caractersticas para un vehculo pesado y una para uno ligero de entre las 8 familias de caractersticas implementadas para el Golf2004. Una familia de caractersticas contiene cinco diferentes curvas asignadas a diferentes velocidades del vehculo (p. ej. 0 km/h, 15 km/h, 50 km/h, 100 km/h y 250 km/h). Una curva de la familia de caracterstica expresa el par de direccin a que el motor elctrico aporta mas o menos servoasistencia para hacer mas fcil y preciso el manejo de la direccin teniendo en cuenta variables como por ejemplo: el peso del vehculo.

Efectos en caso de averaSi se avera la unidad de control para direccin asistida se la puede sustituir completa.La familia de caractersticas correspondiente en la memoria no voltil para programas de la unidad de control tiene que ser activada por medio del sistema de diagnosis.

Testigo luminoso de averasEl testigo luminoso se encuentra en la unidad indicadora del cuadro de instrumentos. Se utiliza para avisar sobre funciones anmalas o fallos en la direccin asistida electromecnica.El testigo luminoso puede adoptar dos diferentes colores para indicar funciones anmalas. Si se enciende en amarillo, significa un aviso de menor importancia. Si el testigo luminoso se enciende en rojo hay que acudir de inmediato a un taller. Cuando el testigo luminoso se enciende en rojo suena al mismo tiempo una seal de aviso acstico en forma de un gong triple.

Al conectar el encendido, el testigo se enciende en rojo, porque el sistema de la direccin asistida electromecnica lleva a cabo un ciclo de autochequeo.Slo a partir del momento en que llega la seal procedente de la unidad de control para direccin asistida, segn la cual el sistema trabaja de forma correcta, es cuando el testigose apaga. Este ciclo de autochequeo tarda unos dos segundos. El testigo se apaga de inmediato en cuanto se arranca el motor.

Particularidad

Bateras descargadasEl sistema detecta tensiones bajas y reacciona ante stas. Si la tensin de la batera desciende por debajo de los 9 voltios se reduce la servoasistencia para la direccin hasta llegar a su desactivacin y se enciende el testigo luminoso en rojo.Si surgen cadas breves de tensin por debajo de 9 voltios el testigo luce en amarillo.

DiagnosisLos componentes del sistema de la direccin asistida electromecnica son susceptibles de autodiagnosis.

Autoadaptacin de los topes de la direccinPara evitar topes mecnicos secos de la direccin se procede a limitar el ngulo de mando por medio de software.El tope de software y, con ste, la amortiguacin del mando se activan al llegar el volante a un ngulo de aprox. 5 antes del tope mecnico.El par de servoasistencia se reduce durante esa operacin en funcin del ngulo y par de direccin.

Otros fabricantes de vehculos utilizan otro tipo de sistemas de direccin electromecnica, cuyo diseo es diferente al anterior.

El fabricante Renault utiliza el siguiente sistema:En la figura inferior se pueden ver los elementos que forman la direccin electromecnica, falta la parte de la columna de direccin que mueve el pin que a su vez acciona la cremallera.

En la figura inferior se puede ver el esquema elctrico donde se aprecia la centralita o mdulo electrnico, que controla el motor elctrico y que recibe informacin del estado de la direccin a travs de los sensores de la posicin del motor elctrico y del captador ptico de par/volante que mide la desviacin que hay en la barra de torsin entre su parte superior y su parte inferior, este valor compara el esfuerzo que hace el conductor en mover el volante y la asistencia que proporciona el motor elctrico. La centralita con esta informacin mas la que recibe a travs de la red multiplexada (CANbus) y teniendo en cuenta un campo caracterstico que tiene en memoria, genera una seal en forma de corriente elctrica que es la que gobierna el motor elctrico.

El captador de par y ngulo del volante, utiliza dos discos solidarios unidos por una barra de torsin que esta debilitada en su centro, esto es para que permita un cierto retorcimiento cuando las fuerzas son distintas en sus extremos. Unos rayos de luz atraviesan las ventanas practicadas en los discos, esto sirve en primer lugar para conocer la posicin angular del volante, es decir para saber cuanto se ha girado el volante. En segundo lugar cuando las fuerzas que se aplican en los extremos de la barra de torsin son distintas, las ventanas del disco superior no coinciden con las del disco inferior, esto provoca que el rayo de luz no llegue en su totalidad y parte de la luz que enva el emisor no es recibida por el receptor del captador ptico.

El fabricanteOpel(General Motors) utiliza este tipo de direccin electromecnica

Cotas de reglaje de la direccin

Para que le funcionamiento de la de direccin resulte adecuado, es preciso que los elementos que lo forman cumplan unas determinadas condiciones, llamadas cotas de direccin o geometra de direccin, mediante las cuales, se logra que las ruedas obedezcan fcilmente al volante de la direccin y no se altere su orientacin por las irregularidades del terreno o al efectuar una frenada, resultando as la direccin segura y de suave manejo. Tambin debe retornar a la linea recta y mantenerse en ella al soltar el volante despus de realizar una curva.Las cotas que determinan la geometra del sistema de direccin son:

ngulo de salidangulo de cadangulo de avanceCotas conjugadasConvergencia de las ruedas

Los nombres con que se han identificado los ngulos son los mas habituales, pero en bibliografa de origen no hispano pueden encontrarse que al avance se le llama Caster, a la salida kin-pin inclination, a la cada Camber, la convergencia Toe-in y la divergencia Toe-aut.

ngulo de salidaSe llama ngulo de salida al ngulo (As) que forman la prolongacin del eje del pivote, sobre el que gira la rueda para orientarse, con la prolongacin del eje vertical que pasa por el centro de apoyo de la rueda y cuyo vrtice coincide en A. Este ngulo suele estar comprometido entre 5 y 10, siendo en la mayora de los vehculos de 6 a 7.Esta disposicin del pivote sobre el que se mueve la mangueta reduce el esfuerzo a realizar para la orientacin de la rueda ya que, depende directamente de la distancia "d" (figura inferior) cuanto menor sea "d" menor ser el esfuerzo a realizar con el volante para orientar las ruedas. Este esfuerzo ser nulo cuando el eje del pivote pase por el punto "A", centro de la superficie de contacto del neumtico con el suelo. En este caso solo habra que vencer el esfuerzo de resistencia de rodadura (Fr) correspondiente al ancho del neumtico, ya que el par de giro seria nulo. En la practica "d" no puede ser cero ya que, entonces la direccin se volvera inestable.

De la inclinacin del eje del pivote resultan fuerzas de retroceso, las cuales, despus del paso de una curva, hacen volver a las ruedas a la posicin en linea recta en sentido de la marcha. Esto es debido a que al orientar la rueda para tomar una curva, como gira sobre el eje de pivote y ste esta inclinado. la rueda tiende a hundirse en el suelo, y como no puede hacerlo, es la carrocera la que se levanta, oponiendose a esto su propio peso, por lo cual, en cuanto se suelte el volante de la direccin, el peso de la carrocera, que tiende a bajar, har volver la rueda a su posicin de marcha en linea recta.Adems el ngulo de salida, minimiza el efecto de las irregularidades de la carretera en el ensamblaje del conjunto de direccin.

La presin de inflado de los neumticos tiene una importancia vital en este ngulo, pues con menor presin, el punto "A" se desplaza mas hacia abajo, aumentando la distancia "d" y, por tanto, el esfuerzo para girar las ruedas.

ngulo de cadaSe llama ngulo de cada al ngulo"Ac" que forma la prolongacin del eje de simetra de la rueda con el vertical que pasa por el centro de apoyo de la rueda.Este ngulo se consigue dando al eje de la mangueta una cierta inclinacin con respecto a la horizontal. Tiene por objeto desplazar el peso del vehculo que gravita sobre este eje hacia el interior de la mangueta, disminuyendo as el empuje lateral de los cojinetes sobre los que se apoya la rueda.

La mangueta esta sometida a esfuerzos de flexin equivalentes a peso que sobre ella gravita (P) por su brazo de palanca (d). Con el ngulo de cada lo que se busca es reducir el brazo de palanca o distancia (d), por ello al inclinar la rueda, se desplaza el punto de reaccin (A) hacia el pivote, con lo que el brazo de palanca o distancia (d) se reduce y, por tanto, tambin se reduce el esfuerzo a que estn sometidos los rodamientos de la mangueta.El valor del ngulo de cada (Ac), que suele estar comprendido entre treinta minutos y un grado, hace disminuir el ngulo de salida (As), aunque mantiene se mantiene dentro de unos limites suficientes.

ngulo de avanceSe llama ngulo de avance, al ngulo (Aa) que forma la prolongacin del eje del pivote con el eje vertical que pasa por el centro de la rueda y en el sentido de avance de la misma.Cuando el empuje del vehculo se realiza desde las ruedas traseras (propulsin), el eje delantero es arrastrado desde atrs, lo que supone una inestabilidad en la direccin. Esto se corrige dando al pivote un cierto ngulo de avance (Aa), de forma que su eje corte a la linea de desplazamiento un poco por delante del punto (A) de apoyo de la rueda. Con ello aparece una accin de remolque en la propia rueda que da fijeza a la direccin, haciendo que el punto (A) de apoyo tienda a estar siempre en linea recta y por detrs de (B) punto de impulsin.Al girar la direccin para tomar una curva la rueda se orienta sobre el punto (B) fijado para el avance: esto hace que el punto (A) se desplace hasta (A), creandose un par de fuerzas que tiende a volver a la rueda a su posicin de linea recta ya que, en esta posicin, al ser (d = 0), desaparece el par.

De esta forma se consigue dar a la direccin fijeza y estabilidad, ya que las desviaciones que pueda tomar la rueda por las desigualdades del terreno, forman este par de fuerzas que la hacen volver a su posicin de linea recta.El avance debe ser tal, que cumpla la misin encomendada sin perturbar otras condiciones direccionales. Si este ngulo es grande, el par creado tambin lo es, haciendo que las ruedas se orienten violentamente. Si el ngulo es pequeo o insuficiente, el par de orientacin tambin lo es, resultando una direccin inestable.El ngulo de avance suele estar comprendido entre 0 y 4 para vehculos con motor delantero y de 6 a 12 para vehculos con motor trasero.

Cotas conjugadasLas cotas de salida y cada hacen que el avance corte a la linea de desplazamiento por delante y hacia la derecha de punto (A). De ello resulta que, para vehculos de propulsin trasera, el empuje que se transmite el eje delantero pasa de ste a la rueda por el pivote, teniendo su punto de tiro en la rueda sobre el punto (B). Como la resistencia de rodadura acta sobre su punto de apoyo (A), resulta un par de fuerzas que tiende a abrir la rueda por delante, debiendo dar una convergencia a la rueda para corregir esta tendencia.La convergencia ser tanto mayor cuanto mas adelantado y hacia la derecha se encuentre el punto (B). Esta posicin viene determinada por los ngulos de cada, salida y avance, lo que quiere decir que la convergencia depende directamente de estas tres cotas.

En vehculos con traccin delantera, la fuerza de empuje est aplicada al mismo punto de apoyo de la rueda, siendo las ruedas traseras remolcadas sin ejercer efecto alguno sobre la direccin. No obstante, se les da un pequeo avance para mantener estable la direccin resultando, junto a las cotas de salida y cada, una convergencia que pueda ser positiva o negativa.

ConvergenciaLa convergencia o paralelismo de las ruedas delanteras es la posicin que ocupan las dos ruedas con respecto al eje longitudinal del vehculo. Este valor se mide en milmetros y es la diferencia de distancia existente entre las partes delanteras y traseras de las llantas a la altura de la mangueta; est entre 1 y 10 mm para vehculos con propulsin y cero a menos 2 mm para vehculos con traccin.El ngulo de cada (Ac) y el de salida (As) hace que la rueda est inclinada respecto al terreno y que al rodar lo haga sobre la generatriz de un "cono" lo que implica que las ruedas tienden a abrirse. Para corregir esto se cierran las ruedas por su parte delantera, con lo que adelanta el vrtice del cono en el sentido de la marcha.

La convergencia tambin contrarresta el par de orientacin que se forma entre el empuje y el rozamiento de la rueda y que tiende a abrirla, siendo esta la razn de que los coches con propulsin tengan mayor convergencia que los de traccin, en efecto: debido al avance y salida, la prolongacin del pivote corta al suelo en un punto mas adelantado y hacia el centro que el de apoyo del neumtico. Si el coche lleva propulsin, la fuerza de empuje se transmite a la rueda delantera a travs del pivote y la de resistencia se aplica en el punto de contacto del neumtico, esto origina un par de giro que tiende a abrir las ruedas delanteras, cosa que no ocurre en vehculos con traccin ya que la fuerza se aplica en el punto de contacto.

El ngulo de convergencia (Av) o desviacin angular de las ruedas con respecto a la direccin de marcha, se expresa en funcin de las distancias (A) y (B) y de la cota (h), o bien, del dimetro de la llanta (d). La formula para calcular este ngulo es:

El que el valor de la convergencia pueda ser positivo o negativo (divergencia) depende de los valores que tengan los ngulos de cada, salida y, ademas, de que el vehculo sea de traccin delantera o propulsin trasera. El valor de esta convergencia viene determinado por los valores de las cotas de cada, salida y avance.

La convergencia, determinada en funcin del resto de las cotas de direccin, debe mantenerse dentro de los limites establecidos por el fabricante ya que, cualquier alteracin produce la inestabilidad en la direccin; adems debe ser igual en las dos ruedas.Una convergencia excesiva, al producir mayor tendencia en la orientacin de las ruedas para seguir la trayectoria en linea recta, produce un desgaste irregular en los neumticos que se manifiesta por el desgaste lateral que se produce en su banda de rodadura.

En los vehculos con propulsin trasera, la resistencia a la rodadura de las ruedas delanteras crea un par que tiende a abrir ambas ruedas, para compensar este efecto, se contrarresta con un ngulo de convergencia positivo.En el caso de vehculos con traccin delantera, el problemas es distinto, el esfuerzo de traccin de las ruedas produce un par que acta en sentido contrario que en el caso anterior, es decir tendiendo a cerrar las ruedas en vez de abrirlas, por consiguiente para compensar esta tendencia ser necesario dar a las ruedas un ngulo de convergencia negativo (divergencia).

Una excesiva convergencia respecto a la que nos da el fabricante, provoca un desgaste lateral en la zona exterior de los neumticos. Una convergencia insuficiente provoca un desgaste lateral en el interior de los neumticos.

Suspensin independienteLas cotas de direccin varan de forma sustancial segn sea el vehculo con direccin montada sobre eje rgido o sobre suspensin independiente. Excepto el ngulo de salida que apenas varia los demsngulos varan sensiblemente, debido al diferente montaje de las ruedas, que se mueven y separan entre s, de forma distinta a como lo hacen las montadas sobre eje rgido. Otra caracterstica a tener en cuenta es el creciente aumento del grosor de los neumticos y disminucin de la presin de los neumticos. Los constructores de automviles han determinado experimentalmente para cada caso los valores mas convenientesAs ocurre que el avance es mucho menor y en bastantes casos negativo, o sea, que el pivote va hacia atrs en vez de apuntar adelante. La cada es prcticamente nula (de 3/4 positivo a 1 negativo). La convergencia aun es positiva en la mayora de automviles (de 0 a 6 milmetros, como eje rgido); pero ya algunos la tienen negativa, o sea, que las ruedas abren hacia delante (divergencia).

ComprobacinAs pues, salvo deformacin aparente por largo uso, carga excesiva o golpe, las cotas que deben comprobarse son: avance, cada, y convergencia, y precisamente por este orden, pues cada una influye en las siguientes. Si se tiene cuidado de no dar golpes de refiln a las ruedas contra los bordillos, piedra grandes, etc., no es fcil que se desregle la direccin por torceduras del eje o doblado de las bielas y palancas de la direccin, y, por tanto, el ajuste se limitar casi siempre a la convergencia, la mas sencilla de medir y corregir. La convergencia al ser una cota resultante directa de las otras tres cotas (salida, cada y avance), cualquier variacin en cualquiera de ellas produce una desviacin en la convergencia. Siendo esta cota la nica fcil de correccin en el vehculo, para pequeas desviaciones en la cotas de salida, cada y avance, en muchos talleres ante la dificultad de correccin en ellas se acta corrigiendo la convergencia para compensar el efecto conjugado del conjunto.Los sntomas que denuncian alteracin de las cotas y que aconsejan revisin especial son los siguientes:

Desgaste de las cubiertas mas acentuado en una mitad de la banda de rodadura que en la otra: la causa ser un ngulo de cada excesivo si el desgaste es hacia afuera del vehculo; si por el lado de dentro, cada insuficiente.Un achaflamiento con desgaste en borde afilado, si ste queda hacia dentro del vehculo denota exceso de convergencia; si por fuera, falta.

En general, cualquier anomala en el desgaste de las cubiertas aconseja revisar inmediatamente la alineacin de las ruedas.

Radio de giro mximoLa distancia entre pivotes (a) que recibe el nombre de va y la longitud e inclinacin de los brazos de acoplamiento en funcin de la batalla (b) del vehculo, que corresponde a la distancia entre ejes, determinan una de las caractersticas de la direccin, como es su radio de giro mximo. Este radio viene determinado de forma que las ruedas puedan girar describiendo un circulo de dimetro cuatro veces mayor que la batalla del vehculo.

El ngulo de viraje (Avi ) para un determinado radio de giro (R), segn los tringulos rectngulos 0AB y 0CD de la figura inferior, se obtiene por la funcin trigonomtrica de los ngulos que forman las ruedas en funcin de la batalla (b) del vehculo y del ancho de va (a).Teniendo en cuenta que el radio de giro mnimo en los vehculos suele ser aproximadamente el doble de la batalla o distancia entre ejes: R = 2 b. El ngulo de viraje mximo entre las ruedas es:

Influencia del estado de los neumticos en la DireccinSe ha estudiado, al explicar las cotas de direccin, la gran influencia de una presin del neumtico defectuosa. Un neumtico con presin baja es el peor defecto que puede permitirse en las ruedas, en cuanto a su economa. Adems de desgastarse desigualmente, por los bordes de la banda de rodadura, segn se muestra en la figura inferior, detalle 1, la destruccin es muy rpida, por la gran deformacin a que est sometida la cubierta que, al rodar, produce tensiones y deformaciones con roces en los flancos que elevan su temperatura produciendo el corte de los tejidos que sirven para reforzar la goma.Una presin excesiva hace que la direccin sea mas suave, pero aumenta las trepidaciones y aumenta la fatiga en todas las articulaciones, desgastando la cubierta desigualmente por el centro de la banda de rodadura.

Los defectos en la alineacin de las ruedas influyen mucho en el desgaste rpido y desigual de las cubiertas e incluso con la sola observacin de una rueda prematuramente desgastada un tcnico puede deducir, aproximadamente la cota o cotas que han dado lugar al desgaste anormal.

En lneas generales podemos decir que, excepto el avance que aunque sea excesivo no produce desgaste de los neumticos, las otras cotas suelen producir los siguientes:

Una cada anormal tanto positiva como negativa, crea en el neumtico dimetros variables lo que hace que el dimetro ms pequeo frote contra el suelo desgastando con gran rapidez los bordes de la banda de rodadura (parte exterior con exceso de cada y parte interior con exagerada cada negativa).La salida suele ser fija en casi todos los vehculos modernos, e influye en la cada por lo tanto si la primera se deforma, los desgastes producidos por la salida son los mismos que los que se deben a la cada.La convergenia, por poco que vare, influye mucho en el desgaste de las cubiertas, si sta es pequea desgasta la parte interior del neumtico derecho y si es superior a la debida desgasta la parte exterior del neumtico izquierdo, en vehculos con conduccin por la izquierda y lo contrario, en aquellos que ruedan por la derecha. El desgaste debido a esta cota, produce un leve reborde que puede apreciarse, pasando la mano por la banda de rodadura de dentro hacia fuera, y el debido a una divergencia anormal se aprecia pasando la mano en sentido contrario.

Los desgastes anormales son siempre producidos por frote de la cubierta con el pavimento y es muy difcil establecer con exactitud la causa que puede producirlo, pues pueden ser varias a la vez.Adems de las mencionadas por defecto de las cotas, influyen tambin, de una forma muy acusada, el "shimmy", presin de inflado, deformacin del chasis, etc.

Valores reales de las cotas de reglaje de un automvil de la marca: Renault Laguna II

El sistema 4WS

Desde 1980, varios modelos de diferentes fabricantes aplicaron el sistema de direccin a las 4 ruedas (4WS - four wheel steering system). Y es que, este concepto permite realizar maniobras con menor dimetro de giro y permite trazar las curvas a cierta velocidad con mayor seguridad.

Este sistema lo equiparon automviles como el Toyota Clica, Honda Prelude, Mitsubishi Galant y Mazda RX7. Tambin lo implementaron algunos automviles europeos como el Citren ZX, el Xsara y el Peugeot 306. Actualmente lo montan muy pocos modelos nuevos, un ejemplo lo tenemos en el Renault Laguna en alguna de sus versiones mas deportivas.

Tenemos dos sistemas de dileccin a las 4 ruedas bsicamente, uno sencillo que se basa en girar las ruedas traseras, por medio de un pequeo giro de la suspensin que soporta a las ruedas y que no esta unida fijamente a la carrocera, sino que la unin se hace a travs de una unin elstica que permite un pequeo giro de 3 a 5. Un ejemplo de este tipo, es el eje trasero autodireccional que monta el Citren ZX. El otro sistema utilizado para hacer girar las ruedas traseras, es el utilizado por la marca Honda en su modelo Prelude. Este sistema es mucho mas complejo que el anterior. El volante de la direccin ademas de hacer girar las ruedas delanteras, hace girar tambin a las ruedas traseras, para eso cuenta con un mecanismo que acta sobre las ruedas delanteras y traseras al mismo tiempo.

La funcin de girar las ruedas en varios ejes de un vehculo no es nada nuevo ya que este sistema lo vienen utilizando desde hace tiempo, camiones, maquinaria pesada y tambin vehculos militares como las tanquetas, que buscan principalmente una buena maniobrabilidad utilizando el menor espacio posible.

La funcin del eje trasero en el sistema de direccin de un automvil tiene su importancia, por eso estudiaremos que procesos se suceden cuando el vehculo toma una curva o cambia de direccin.Cuando el automvil toma una curva en el eje delantero se produce un ngulo de deriva de las ruedas delanteras que generan una fuerza lateral. Lo mismo que en el eje delantero ocurre en el eje trasero, con la diferencia que la fuerza lateral llega con un cierto retraso, ya que las ruedas del eje delantero son las primeras en tomar la curva. Este retraso en el eje trasero provoca, sobre todo a elevadas velocidades, una cierta tendencia del vehculo a querer rotar sobre su eje vertical. Este efecto provoca un balanceo de la carrocera que no resulta peligroso si se mantiene con firmeza el volante.Este defecto puede corregirse si a las ruedas del eje trasero se le permite dar una cierta orientacin en el sentido conveniente, sobre todo a altas velocidades que es cuando mas se nota este problema.El otro efecto que se busca cuando se pueden orientar las ruedas del eje trasero, es que en las maniobras a bajas y medias velocidades se puedan conseguir menores dimetros de giro, lo que facilita las maniobras en ciudad y garajes.

Por lo expuesto anteriormente el sistema de direccin en la 4 ruedas, intenta conseguir dos objetivos, mejorar el paso por curva a altas velocidades y conseguir mejores maniobras en espacios reducidos.

El conseguir orientar las ruedas del eje trasero teniendo en cuenta la orientacin que toman las ruedas del eje trasero no es tarea fcil, como vamos a ver a continuacin. Teniendo en cuenta los estudios que han realizado los fabricantes que han desarrollado estos sistemas, la orientacin de las ruedas traseras debern orientarse de la siguiente manera. En la figura (A) las ruedas estn orientadas un cierto ngulo que no es grande, en este caso las ruedas traseras estn orientadas en el mismo sentido. En la segunda figura (B) vemos que las ruedas del eje delantero estn orientadas un ngulo mucho mayor que el anterior caso, en este supuesto se puede ver que las ruedas del eje trasero estaran orientadas en sentido contrario.

El supuesto (A) visto en la figura anterior corresponde, por ejemplo, a una maniobra de cambio de carril en una autopista a alta velocidad. En la figura inferior podemos ver este supuesto donde el color rojo representa la posicin del automvil con un sistema 4WS y el color negro sin direccin a las 4 ruedas.

El supuesto (B) por el contrario corresponde a una maniobra a baja o media velocidad en un espacio pequeo o en una curva muy cerrada. En la figura inferior podemos ver este supuesto donde el color rojo representa la maniobra con un vehculo con 4WS y el color negro sin 4WS. Se puede apreciar como el vehculo con 4WS necesita menos dimetro de giro para realizar la maniobra.

En este ultimo caso, al tomar una curva cerrada, aunque sea a baja velocidad, la estabilidad es mucho mayor en un automvil dotado de 4WS, que en uno sin este sistema. Todo esto teniendo en cuenta que se toma la curva mas cerrada y a la misma velocidad. Para hacer esta maniobra las ruedas del eje trasero estn orientadas en sentido contrario a las ruedas del eje delantero.

Sistema 4WS de HondaEl sistema de direccin a las 4 ruedas de Honda, seguramente ser el mas reconocido, ya que uno de sus modelos, en concreto el Honda Prelude en su 3 generacin (1988 - 92) montaba este sistema, aos mas tarde a partir de la 4 generacin (1992 - 96) el sistema de direccin a las 4 ruedas es electrnico.El esquema del sistema de Honda es el que podemos ver en la figura inferior. Como se puede apreciar es tcnicamente sencillo y se ha mostrado muy efectivo a lo largo del tiempo. Adems sus desajustes y averas son mnimos.

Los elementos que forman el 4WS esta formado por un sistema de direccin convencional para el eje delantero, de la caja de direccin delantera sale el movimiento a travs de un mecanismo de reenvo que se transmite por el eje de transmisin a la caja de direccin trasera que se encarga de orientar las ruedas traseras a travs de la bieletas de direccin.La caja de direccin trasera, a diferencia de la delantera, realiza un movimiento distinto tanto en grados (ngulo) como en el sentido (orientacin de la rueda). Por esta razn el funcionamiento de esta caja de direccin es muy distinta a la del eje delantero.

En la figura inferior podemos ver una caja de direccin trasera (4WS) se trata de un sistema de engranajes planetarios que crean la desmultiplicacin necesaria para el movimiento de las ruedas traseras siempre con un ngulo muy inferior al alcanzado en las ruedas delanteras. La presencia de una corredera provista de su correspondiente gua permite lograr un pequeo desplazamiento que necesita el sistema y que transmite a las ruedas a travs del reenvo a la bieleta que acciona directamente a las ruedas.

El funcionamiento terico del sistema mecnico 4WS de Honda esta representado en el grfico inferior. Como podemos ver si empezamos a girar el volante, las ruedas delanteras se orientan un cierto ngulo mientras que las traseras tambin se orientan en el mismo sentido, pero con un ngulo mucho menor. Cuando hemos girado el volante 140 las ruedas delanteras se orientan un ngulo cuyo valor es 8, mientras que en el eje trasero solo giran un ngulo de 1,5. Seguimos girando el volante hasta alcanzar los 240, para este valor las ruedas delanteras se orientan un ngulo de 15,6 mientras que las ruedas del eje trasero retroceden en su orientacin y se quedan en el punto inicial de 0 de ngulo. Seguimos girando el volante hasta 450 y las ruedas delanteras se siguen orientado con un mayor ngulo de 30,3, mientras que en las ruedas del eje trasero se orientan un ngulo de 5,3 pero esta vez en sentido contrario a la ruedas delanteras.

Como podemos ver en la grfica anterior, el ngulo de giro de las ruedas del eje delantero no guarda proporcin con el ngulo de giro de las ruedas del eje trasero. Ademas se puede ver como a medida que aumenta el ngulo de giro en las ruedas del eje delantero, el ngulo en el eje trasero disminuye, hasta un momento en el que cambia el sentido de orientacin de las ruedas traseras con respecto a las delanteras.El dispositivo encargado de orientar las ruedas traseras el ngulo adecuado y hacer que cambien de sentido de orientacin es la caja de direccin trasera. Esta caja acta de forma automtica accionada solamente por el movimiento que recibe del mecanismo de reenvo a travs del rbol de transmisin. Un esquema de la estructura interna de este mecanismo lo tenemos en la figura inferior.El eje excntrico tiene el control del engranaje planetario, que es el encargado de desplazar a la derecha o izquierda la barra de accionamiento de la bieleta de mando. El tetn de este engranaje acta directamente sobre la gua de la barra de accionamiento. El engranaje planetario se desplaza por el interior de la corona cuando el movimiento que proviene del reenvi de la caja de direccin delantera le llega desde el eje excntrico.Siguiendo en la figura inferior, tenemos que el movimiento de entrada que gira en el sentido de las agujas del reloj como muestra la flecha se transforma en la salida en un movimiento hacia la izquierda como indica la flecha. Ahora bien, si el giro de entrada supera el ascenso del planetario por la corona (que esta fija), este pasa a la posicin contraria y entonces empuja la barra de accionamiento de la bieleta de mando en la direccin opuesta.Este es el principio bsico de funcionamiento de la caja de direccin trasera.

Sistema 4WS electrnicoLa gestin electrnica de la direccin en el eje trasero es una evolucin lgica de los sistemas 4WS "mecnicos" estudiados hasta ahora. En el Honda Prelude a partir de la 4 generacin (1992 - ....) se aplico el control electrnico. Con la gestin electrnica podemos tener en cuenta otros parmetros para orientar las ruedas traseras. Uno de estos parmetros es la velocidad del vehculo.El movimiento de orientacin en las ruedas traseras, como hemos visto anteriormente, es de unos pocos grados de giro en cualquiera de las condiciones de su utilizacin. Pero, en ese reducido margen de giro debe existir una gran precisin en la eleccin del ngulo no slo de acuerdo con las fuerzas laterales, ni tampoco con los grados de giro del volante, sino tambin con la velocidad a la que ese momento circula el vehculo.El sistema funciona de forma que, cuando se afronta una curva cerrada a menos de 60km/h, las ruedas traseras pueden llegar a girar en 3,5 grados en el sentido contrario al de las delanteras, ayudando a tomar la curva, adems de requerir menos giro del volante. A velocidades superiores a 60km/h, las ruedas traseras toman la misma direccin que las delanteras.Los sistemas electrnicos de control del 4WS tienen una luz testigo que avisa al conductor en el caso de que exista fallo en algn elemento del equipo. Tambin disponen de un mecanismo automtico que, en caso de que se produzca esta avera, las ruedas traseras quedan automticamente centradas en linea recta de forma permanente, hasta que se solucione la avera acudiendo al taller.

En la figura inferior podemos ver el actuador de la direccin trasera. Este elemento sustituye a la caja de direccin trasera de los sistemas "mecnicos".

Otros fabricantes de automviles tambien incorporaron el sistema 4WS electrnico en sus vehculos. Por ejemplo, Mitsubishi en su modelo Galant incorpora este sistema, con la particularidad de que solo funciona para que el vehculo pueda trazar bien las curvas a altas velocidades. No funciona a bajas velocidades cuando se quieren hacer maniobras o trazar curvas muy cerradas. El sistema, por lo tanto, no dispone de la posibilidad de orientar las ruedas traseras en sentido contrario a las ruedas del eje delantero.

Actualmente un fabricante que incorpora el sistema 4WS en sus automviles es Renault. El fabricante frances en su modelo Laguna Coupe incorpora este sistema, denominandole 4Control.

4ControlEs un sistema de direccin en las ruedas traseras que mejora la seguridad activa. Las ruedas traseras (figura inferior) tienen direccin, como las delanteras, y pueden girar en el mismo sentido o en el contrario.

Cuando giran en sentido contrario aumenta la guiada y disminuye el dimetro de giro, mientras que cuando lo hacen en el mismo sentido, disminuye la guiada. De cara a la seguridad activa, su funcin es la misma que la del control de estabilidad, pero en ciertos casos puede ser incluso ms efectivo. Adems, mejora la maniobrabilidad cuando el coche se desplaza a baja velocidad, como por ejemplo al maniobrar para estacionar. Eso s, las ruedas traseras slo giran a partir de 2 km/h.

Sobre el eje trasero torsional del Laguna, Renault ha colocado unos bujes que pivotan sobre un eje, con un ngulo mximo de 3,5 (mucho menor que el de las ruedas delanteras, que suelen girar en torno a 60). Un motor elctrico colocado al lado del eje trasero mueve las ruedas mediante un sistema de palancas semejante al que hay en las ruedas delanteras. El sistema est controlado por una centralita que tiene en cuenta datos como la velocidad y aceleracin angular del volante, ngulo de giro, la velocidad del coche y los datos que proporciona el control de estabilidad. La centralita evala esos datos cada centsima de segundo.

Hasta una velocidad de 60 km/h, las ruedas traseras pueden girar en sentido contrario a las delanteras, lo que facilita las maniobras a baja velocidad. Esto supone que, con respecto al resto de versiones del Laguna, el dimetro de giro disminuya de 12,05 metros a 10,80 metros, con las llantas de aleacin de 18 pulgadas opcionales. Adems, la direccin se vuelve ms rpida hay que mover menos el volante para conseguir el mismo efecto porque se suma el giro de las ruedas traseras.

Por ejemplo, para conseguir el mismo giro, sin el sistema de cuatro ruedas directrices se requiere 16 de ngulo de volante, mientras que con l nicamente es necesario un ngulo de 13,5. Cuando las ruedas traseras han cambiado de direccin al mximo (3,5), slo es necesario un ngulo de volante de 12.

Adems de mejorar la maniobrabilidad, la otra funcin del 4Control por debajo de 60 km/h es aumentar la guiada cuando es aconsejable. Eso permite que el coche sea ms gil, ms capaz de cambiar de direccin, por ejemplo en un eslalon o en una curva muy lenta de carretera de montaa.

A partir de 60 km/h, las ruedas traseras cambian de direccin en el mismo sentido que las delanteras con objeto de disminuir la guiada. Si el coche realiza dos cambios de direccin rpidos por ejemplo, en una maniobra de esquive o en curvas enlazadas, la direccin trasera se puede utilizar para evitar un eventual sobreviraje. Normalmente, en estas condiciones el giro de las ruedas traseras no es mayor de 2 (se tendra que dar una situacin extremadamente violenta para que llegara al mximo de 3,5).

Otra funcin de sistema de direccin trasera es evitar una eventual prdida de trayectoria durante una frenada sobre superficie de adherencia desigual. Si las ruedas de un lado entran en una superficie resbaladiza pero las del otro lado no lo hacen, se produce una cierta guiada que el control de estabilidad debe controlar. Con el 4Control es posible orientar las ruedas traseras para compensar esa guiada y que el coche frene en lnea recta.