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Estudio y Verificación de la Dirección

ESTUDIO Y COMPROBACION DE LA DIRECCIÓN. I ESTUDIO (TEORIA) i. Estudio teórico Historia. Introducción Condición de Ackerman ii. Tipos de direcciones iii. Geometría de la dirección

II CONTROL Y VERIFICACION (PRACTICA)

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100 AÑOS DE HISTORIA DE LA DIRECCION

MECANISMO DE SIN FIN Y TUERCA SUNBEAM ENGRANAJE DE DIRECCION DE PIÑON Y CREMALLERA

ENGRANAJES DENTADOS DE BISEL Y PIÑON REO Todos los engranajes de dirección que hoy conocemos (y otros olvidados) ya habían usados en el año 1923. El diseño "moderno" de cremallera y piñon data del año 1885. Muchos automóviles norteamericanos usaron muchas variaciones del diseño de sin fin y bolas recirculantes. Los diseños Singer y REO están entre los más extraños

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Estudio y Verificación de la Dirección En 1896, Frederick Strickland persuadió a su amigo. A.J. Drake, para que le instalara una columna y un volante de dirección de tipo marino en su nuevo automóvil Daimler Phaeton. Strickland fabricaba lanchas de vapor como medio para ganarse la vida; Drake dirigía la Daimler Co Ltd. de Gran Bretaña. Había otros Daimler Phaeton al igual que prácticamente todos los vehiculos que se vendían a ambos lados del Atlántico equipados con timón. Los intentos anteriores por instalar volantes de dirección en vehículos de motor no habían gozado de la aceptación del público. En 1872, Charles Randolph, de Escocia, fue el primero en probar un volante de dirección en un vehículo dotado con un motor de gasolina. Pero es muy probable que el primer vehículo de motor en el mundo que ya contase con un volante de dirección fuera el Dudgeon Steamer, modelo del año 1857. Al igual que todos esos primeros experimentos, parecía ser que el volante de dirección de la Phaeton estaba destinado al olvido. Montado en lo alto de una columna vertical, el volante casi llegaba al nivel de los ojos. Cualquier persona que midiera 1.65 m (5 engranaje de direccion y sin fin y pies 5") de estatura o menos experimentaba dificultades para rueda rueda sin fin BENTLEY ver por encima y alrededor del volante. En 1897, el Phaeton de Strickland, todavía equipado con este volante de dirección, fue llevado a la fábrica Daimler en Conventry para un reacondicionamiento completo. Esto requirió la separación de la carrocería y el chasis del automóvil. Para colocar de nuevo la carrocería se utilizó una eslinga, mas esta última se deslizó repentinamente y la carrocería cayó a través de la columna de dirección. El impacto dobló la columna, inclinándola varios grados de su posición vertical. Un trabajador se sentó en el asiento del conductor y de inmediato verificó que el nuevo ángulo de la columna y del volante constituía una gran mejora. Como resultado de ello, el Daimler Parisian modelo de 1900 se convirtió en el primer automóvil de producción en serie que ya contase con un volante montado en una columna de dirección inclinada. En los primeros automóviles, las ruedas y los ejes engranajes epiciclicos SINGER delanteros estaban unidos para formar una sola unidad, la de direccion que se movía en forma de pivote sobre un solo punto, en el centro del eje. Se fijó un poste al punto central del eje para extenderlo hacia arriba, a través de la tabla del piso. Se aseguró un timón al poste para guiar el vehículo. Este sistema dio buenos resultados, pero aquélla era la época en la cual los vehículos de motor no corrían a una velocidad mayor que la de los caballos. Pero, al aumentar la velocidad, los fabricantes de automóviles buscaron un sistema que permitiera a los autos contar con una mayor exactitud de dirección y que redujera ese efecto de rozamiento que hacía que los neumáticos se desgastaran después de un recorrido de apenas 160 km (100 millas). Encontraron lo que buscaban en una teoría que había caja MARLES de engranajes de bolas recirculantes sido formulada en el año de 1818. La idea surgió de un alemán, llamado George Lenkensperger. El había desarrollado un eje que permitía que las ruedas delanteras oscilaran independientemente del eje principal. Suponía la

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Estudio y Verificación de la Dirección instalación de ruedas en husillos (o muñones de dirección) que se fijaban con pasadores al eje delantero, sobre el cual giraban. El principio de Lenkensperger fue adoptado por la joven industria del automovilismo, pero al pobre Lenkensperger nunca se le dio el merecido reconocimiento por su invento. La paternidad de éste fue atribuida a Rudolph Ackermann, un vendedor y editor de libros de Londres, quien quizás no podía diferenciar un husillo de una rueda. Lankensperger le cedió los derechos de su invento a Ackermann en Gran Bretaña y Gales, perdurando a través del tiempo el nombre de Ackermann. Otro hombre que nunca fue reconocido por su notable contribución al desarrollo del sistema de dirección moderno fue Jeantaud, un constructor francés de carrozas. En 1878 él inventó el primer empalme de dirección de tipo de paralelogramo, direccion de tuerca y sin fin LAVIN aunque no le dio ese nombre. El empalme Jeantaud desplazaba el punto de pivote del eje de dirección hacia un lado. Jeantaud fijó una varilla a los husillos con dos piezas de conexión. Hoy a esa varilla la conocemos como la varilla de relevo. Las dos piezas de conexión se conocen en la actualidad como el brazo Pitman y el brazo loco.

Es evidente la sencillez del sistema de cremallera y piñon (dibujo superior) al compararlo con el sistema Pierce-Arrow de paralelogramo. Los sistemas modernos el contrabrazo y el eje

Jeantaud conectó el extremo de la columna de dirección al brazo Pitman. Al girar la columna de dirección, le transmite movimientos a las ruedas mediante el brazo Pitman y el brazo loco, la varilla de relevo y los husillos de las ruedas. Durante los comienzos del Siglo XX, al volverse los automóviles más pesados y Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección rápidos y al ser substituidos los neumáticos sólidos por neumáticos de aire, se hizo aparente la necesidad de reducir el esfuerzo de la dirección. Con la columna de dirección fijada directamente al empalme de la dirección, era difícil controlar el volante. Los conductores descubrieron que no eran lo suficientemente fuertes para guiar estos vehículos, los que a menudo terminaban cayendo dentro de zanjas. Para disminuir el esfuerzo de la dirección, los ingenieros colocaron un engranaje de reducción (dirección) entre el volante de dirección y el empalme. y hasta la fecha esto no ha cambiado. El primer mecanismo de reducción consistía en un engranaje sin fin. Este engranaje, fijado al extremo de la columna de dirección, impulsaba a otro engranaje (o una rueda de tornillo sin fin o un rodillo) que hacía girar un eje conectado al brazo En Cadillac de 1914 tenía un volante de dirección inclinable. Pitman. El engranaje sin fin y la rueda sin fin se colocaban en una caja de hierro vaciado fijada al bastidor. El mecanismo básico de reducción de engranaje sin fin y ruedas sin fin ha servido a la industria del automovilismo por muchos años, con un par de notables excepciones. Una ocurrió en 1908, cuando Henry Ford presentó su auto Modelo T. Este tenía un engranaje de dirección que hasta la fecha no ha sido duplicado. Ford instaló un juego de engranajes con movimientos epicíclicos o planetarios dentro de una caja pequeña directamente debajo del volante de dirección. El juego de engranajes planetarios impulsaba a un engranaje principal que Ford fijó al eje de la dirección. Esto colocaba al engranaje de dirección bajo las manos del conductor, en lo alto de la columna de dirección, en lugar de en su base. Otra excepción con respecto al engranaje básico de dirección de sin fin y rodillo se produjo en el año de 1923. Para reducir la fricción entre el rodillo y el engranaje sin fin, Henry Marles, de Detroit, colocó cojinetes de bolas entre los dos. Este tipo de engranaje de dirección se conoce ahora como el engranaje de dirección de bolas recirculantes y se emplea todavía en muchos autos norteamericanos grandes y en algunos modelos japoneses. El primer uso de un engranaje de dirección "moderno" de cremallera y piñón fue en el auto Benz de 1885. También se empleó en el Cadillac de 1905 y en muchas otras marcas de automóviles producidos entre 1911 y 1920. La necesidad de un motor No obstante la adaptación del engranaje de dirección, todavía no era fácil conducir un automóvil. Al volverse los autos más pesados y al dificultarse su dirección, los conductores comenzaron a exigirles a los fabricantes que facilitasen el control de la dirección de los vehículos. Así pues, había llegado el momento de volver a introducir una innovación que había sido creada desde hacía ya tres cuartos de siglo: la dirección motriz. En 1954, la Cadillac fue la primera firma en instalar un sistema de dirección motriz como equipo de serie en sus automóviles. Sin embargo, la historia de la dirección motriz data de muchos años antes.

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Estudio y Verificación de la Dirección El primer sistema de dirección motriz fue instalado en un vehículo en 1876; pocos saben que el que hizo esto fue un hombre llamado Fitts. Se sabe también que se instaló un sistema de dirección motriz en el camión de 5 toneladas columbia de 1903. Este camión empleaba un motor eléctrico para activar el mecanismo de la dirección. Una edición de 1905 del "Motor Age" comentaba lo siguiente al escribir sobre el sistema de dirección motriz del Columbia: "Este sencillo dispositivo, según se dice, puede hacer que el camión corra a una velocidad de 29 kph (18 mph) y se mantenga en una trayectoria recta". Hoy día nos preguntamos cuál era la velocidad a la que transitaban los otros camiones de 5 toneladas de peso. A partir de 1903 aparecieron varios mecanismos de dirección motriz, principalmente para ser usados en camiones. Algunos funcionaban con el vacío, y otros con aire a presión. En 1928 la firma Vickers Co. fabricó el primer sistema de dirección motriz hidráulica de tipo práctico, el cual fue desarrollado por Francis W. Davis. Así se estableció un sistema que fue adoptado por la industria automotriz y convertido en equipo de norma 26 años después. Primero, sin embargo, tuvo que dar pruebas de su eficiencia, lo que se hizo durante la Segunda Guerra mundial en camiones grandes y vehículos blindados. Futuros desarrollos Ya seguramente el lector habrá visto que el desarrollo de los componentes que forman los sistemas de dirección de hoy data de tiempos anteriores a la existencia del automóvil en sí. Hasta el volante de dirección inclinable, el cual muchos creen que constituye una innovación moderna, se probó primero en un Marr Runabout en 1903. Se le dio el nombre de "volante para gordos", por razones obvias. Desde hace mucho tiempo no ha habido muchas innovaciones en lo que respecta a los sistemas de dirección de automóviles (sólo mejoras de viejas ideas). Pero esto está cambiando debido a la electrónica. El Toyota Cressida de 1985 es el primer modelo de producción en serie cuya dirección está controlada por una computadora. La Toyota le ha dado a este sistema el nombre de Dirección Motriz Progresiva de Cremallera y Piñón. Un sensor en el volante de dirección vigila la rotación del volante y le transmite señales a la computadora. Esta controla una válvula de regulación de flujo, en el conducto de admisión del líquido hidráulico, el cual se conecta a la cremallera. Cuando se hace girar el volante de dirección, se reduce el flujo hidráulico para que la dirección sea más firme. Además, a velocidades de autopista, cuando se requiere un esfuerzo menor de la dirección, la computadora le indica a la válvula de control de flujo que reduzca el flujo del líquido hidráulico y le proporcione más firmeza a la dirección. Al estacionar o virar mientras el auto se mueve con lentitud, la computadora hace que la válvula de control aumente el flujo del líquido hidráulico. Esto permite darle vueltas al volante de dirección con mayor facilidad. Si los sistemas de dirección no siguen evolucionando, podremos decirles a nuestros biznietos que vivimos durante una era histórica. Quizás la dirección computarizada sea el único invento relacionado con la dirección en los próximos 100 años.

Los faros que giran son más viejos que el citröen de 1968 y el Tucker de 1948. Este faro de 1920 se le instalaba a los Ford

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INTRODUCCIÓN: CARACTERÍSTICAS QUE DEBEN REUNIR TODO SISTEMA DIRECCIÓN Siendo la dirección uno de los órganos mas importantes en el vehículo 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 conducción. Estas cualidades son las siguientes: •

Seguridad: depende de la fiabilidad del mecanismo, de la calidad de los materiales empleados y del entretenimiento adecuado.

• Suave y cómoda El manejo de la dirección se ha de realizar sin esfuerzo, ya que si la dirección es dura, la conducción se hace difícil y fatigosa, lo que representa un cierto peligro por la Dificultad que representa su accionamiento. La suavidad y la comodidad se conseguirán mediante una precisa desmultiplicación en el sistema de engranaje, una dirección asistida, así como un buen estado de las cotas y el mantenimiento del conjunto. • Seguridad La dirección es uno de los principales factores de seguridad activa. Esta seguridad depende del estudio y construcción del sistema, la calidad de los materiales empleados y de un correcto mantenimiento. • Precisión La precisión consiste en que la dirección responda con exactitud en función de las circunstancias, y no sea ni dura ni blanda, para que las maniobras del conductor se transmitan con precisión. Para ello no ha de haber holguras excesivas entre los órganos de la dirección; las cotas de la dirección han de ser correctas, el desgaste debe ser simétrico en los neumáticos, las ruedas estar bien equilibradas y la presión de los neumáticos correcta. • Irreversibilidad La dirección debe ser semirreversible. Consiste en que el volante ha de transmitir movimiento a las ruedas, pero éstas, a pesar de las irregularidades del terreno, no deben transmitir las oscilaciones al volante. La semirreversibilidad permite que las ruedas recuperen su posición media con un pequeño esfuerzo por parte del conductor después de girar el volante. • Estable Cuando, circulando en recta, al soltar el volante no se desvía el vehículo de su trayectoria. • Progresiva Cuando la apertura de las ruedas, para giros iguales del volante, va en aumento. - Por excesivo juego en los órganos de dirección. - Por alabeo de las ruedas, que implica una modificación periódica en las cotas de reglaje y que no debe de exceder de 2 a 3 mm. - Por un desgaste desigual en los neumáticos (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 dirección, produciendo reacciones de vibración en el volante.

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Estudio y Verificación de la Dirección - Por la presión inadecuada en los neumáticos, que modifica las cotas de reglaje y que, si no es igual en las dos ruedas, hace que el vehículo se desvíe a un lado. - Seguridad En el caso que una colisión ocurra, el sistema de dirección tendrá una construcción la cual aminore la seriedad del daño tanto como sea posible, absorbiendo el impacto y amortiguándolo. Ejemplos de equipos de seguridad de dirección

Mecanismo de absorción de impacto de la columna de dirección

SRS (Sistema retráctil suplementario bolsa de aire) REFERENCIA Bolsas de Aire El sistema de bolsas de aire es un dispositivo protector. Cuando el vehículo está equipado con este sistema, una bolsa en el volante de dirección (en el lado del conductor) o en el panel de instrumentos (en el lado de los pasajeros) se infla rápidamente cuando hay una colisión, previniendo a los pasajeros de ser tirados hacia delante contra el parabrisas u otras piezas, y además disminuyendo el peligro de los daños de la colisión.

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Estudio y Verificación de la Dirección ESQUEMA El sistema de dirección cambia la dirección del vehículo como su trayectoria. El conductor por acción del volante de dirección, puede controlar el sentido de los neumáticos delanteros del vehículo. Un sistema de dirección se requiere para tener una apropiada fuerza de operación, características de agarre estable, suficiente esfuerzo y seguridad.

Configuración del Sistema de Dirección Configuración de la dirección El sistema de dirección consiste en el volante de dirección y la unidad de la columna de dirección, que transmite la fuerza de dirección del conductor al engranaje de dirección; la unidad del engranaje de dirección, que lleva a cabo la reducción de velocidad del giro del volante de dirección, transmitiendo una gran fuerza a la conexión de dirección; y la conexión de dirección que transmite los movimientos del engranaje de dirección a las ruedas delanteras. Columna de Dirección La columna de dirección consiste en el eje principal, que transmite a la rotación del Configuración de dirección piñón cremallera

volante de dirección, al engranaje de dirección y un tubo de columna, que monta al eje principal en la carrocería. El tubo columna incluye un mecanismo por el cual se contrae absorbiendo el impacto de la colisión con el conductor, en el caso de una.

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ANÁLISIS DE LAS FUERZAS DE LA RUEDA GIRADA

Durante la marcha en línea recta, el impulso que es necesario ejercer sobre el eje de la rueda es igual al de los rozamientos de rodadura existentes en la zona de contacto con el terreno. Al girar la rueda, la fuerza aplicada se desdobla en una componente longitudinal y en otra perpendicular a la rueda. La longitudinal es inferior a los rozamientos de rodadura, mientras que la transversal crea en la superficie de la huella una fuerza igual y contraria dirigida hacia el centro de la curva: es la fuerza que hace virar la rueda.

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Estudio y Verificación de la Dirección Cualquier rueda que gire tiene un eje de rotación propio dotado de una característica esencial: si la rueda se mueve sobre el firme en dirección perpendicular al eje de rotación, el rozamiento de giro es el menor posible. En las demás direcciones, el rozamiento aumenta progresivamente (en función del seno del ángulo), hasta alcanzar su máximo cuando el movimiento es en la misma dirección que la del eje de rotación (rueda que patina lateralmente). Esto significa que si se deja que una rueda gire libremente, ésta se coloca siempre en la dirección perpendicular a su eje de rotación, puesto que en todas las demás direcciones se desarrollan fuerzas que tienden a enderezarla. De la misma manera, si se empuja un vehículo con varias ruedas orientadas de diferente manera (con diferentes ejes de rotación), él mismo tenderá a moverse en la dirección en que la resultante de los rozamientos es menor, puesto que en las demás las reacciones sobre el terreno son mayores y orientan las ruedas hacia una trayectoria bien definida. Por tanto, la dirección preferente de un vehículo de varias ruedas montadas sobre ejes diferentes se determina conociendo la posición de los ejes. Si estos son paralelos, el movimiento se realiza según una recta perpendicular a la dirección de los ejes, Sí los ejes son dos y convergentes, las ruedas describen arcos de circunferencia que tienen su centro en la intersección de los ejes. Se ha mencionado la dirección preferente, puesto que el movimiento puede efectuarse según otras direcciones, cuando las fuerzas internas de inercia (centrífugas) son superiores a las de rozamiento que la rueda ejerce sobre el terreno. En este caso, el movimiento no es de rodadura sino de fricción. Debe tenerse en cuenta que ningún vehículo, dotado de cierta masa, el viraje puede seguir matemáticamente la curva impuesta por los ejes de rotación. En el momento del cambio de trayectoria, la masa y la velocidad del vehículo originan una fuerza de inercia que debe ser contrarrestada por la reacción de las ruedas sobre la calzada. Pero mientras que en cualquier tipo de firme la reacción de las ruedas es constante y puede aumentarse con solo variar el ángulo de giro, la fuerza de inercia depende precisamente del radio da la curva real recorrida. Si el terreno no ofrece adherencia, no produce reacción ni se origina fuerza centrífuga, con lo que el vehículo no gira aunque se aumente el ángulo de viraje. Éste es el caso de la marcha sobre hielo, donde virar es casi imposible a ciertas velocidades. Si la reacción existe pero no es suficiente para contrarrestar la fuerza centrífuga que se originaría recorriendo una trayectoria cerrada, entonces el vehículo, automáticamente, se desplaza en una trayectoria más ancha: desde que las ruedas permanecen muy viradas, la reacción sobre el terreno no cambia, mientras que la fuerza centrífuga disminuye (puesto que aumenta el radio de la curva) hasta llegar a ser igual a la reacción sobre el terreno. En la práctica, aumentando el ángulo de giro de las ruedas, puede disponerse de un mayor rozamiento sobre el suelo, pero que puede no ser suficiente (por efecto del peso y de la velocidad del vehículo) para recorrer la trayectoria geométrica sin rozamientos, por lo que las ruedas se adaptan a un recorrido intermedio, en donde la fuerza centrífuga y la adherencia son iguales y contrarias.

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RUEDAS DE DIRECCIÓN DELANTERAS Y TRASERAS

Un vehículo de cuatro ruedas (montadas sobre dos ejes), para virar, puede girar el eje delantero en bloque o bien dividirlo y girar independientemente las dos ruedas delanteras. Existen otras posibilidades: por ejemplo, girar en bloque tanto el eje delantero como el eje trasero, o bien girar independientemente cada una de las ruedas.

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CUATRO RUEDAS DE DIRECCIÓN Y DOS RUEDAS DE DIRECCIÓN

Para girar un vehículo se pueden orientar sobre un único centro las cuatro ruedas o mantener un eje fijo y virar las de otro eje. De todas formas, para obtener un viraje correcto los ejes deben converger en un punto. En los vehículos rápidos, el giro se obtiene orientando las 2 ruedas delanteras independientemente. La solución más simple del problema del viraje de un vehículo de 2 ejes es, sin duda, la de girar rígidamente el eje delantero alrededor de un eje vertical. Dicho sistema se empleaba en los carros de tracción animal y en algunos vehículos de motor de principios de siglo. Para obtener un viraje correcto y recorrer una curva en poco espacio, el eje de dirección presenta algunos inconvenientes graves: - Aumento de la batalla en el lado interior de la curva y estrechamiento del perímetro de apoyo en las curvas poco amplias, con el consiguiente peligro del vuelco del vehículo. - Fuertes reacciones en el volante, provocadas por los choques de las ruedas contra las asperezas de la carretera; las fuerzas por dichos choques tiene, respecto al eje vertical, un brazo muy grande (igual a la mitad de la anchura de la vía) y, por tanto, los pares de giro provocados, que repercuten en el volante, son grandes. - Suspensiones delanteras de construcción difícil; debería adoptarse una rótula esférica, o bien montar el eje delantero sobre un bastidor o estructura giratoria respecto a la caja del vehículo; por estas razones el eje de dirección fue abandonado en los vehículos, mientras que permanecen en los remolques, por su sencillez y por la carencia de consecuencia de las reacciones sobre el grupo de giro.

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ÁNGULO DE GIRO DE LAS RUEDAS DIRECTRICES Aparte de algunos ejemplos de vehículos con ruedas de dirección traseras (únicamente o junto con las delanteras), en la historia de la motorización, para la mayoría de los automóviles se ha elegido el sistema que consiste en girar independientemente las ruedas delanteras alrededor de su eje vertical. Con esta solución, para cumplir la regla geométrica fundamental de que las ruedas sean tangentes a 4 arcos de circunferencia concéntricos, es necesario disponer de un dispositivo que permita girar las 2 ruedas delanteras según 2 ángulos progresivamente diferentes. De consideraciones geométricas se deduce que, para cualquier curva, la razón que relaciona entre sí esos 2 ángulos, y , es:

Relación que debe cumplirse para cualquier posición del volante. Aunque esta regla es fundamental, su validez resulta teórica, puesto que existen, al menos, 4 motivos por los que no puede ser respetada en los automóviles: - No existe un dispositivo simple que permita cumplirla totalmente. - Las ruedas de los automóviles no giran alrededor de su eje vertical (incidencia e inclinación de los pivotes). - Las ruedas de los automóviles no giran alrededor de su eje horizontal (camber). - La rueda con neumático tiene una forma característica de girar y de adherirse en las curvas, que crea una trayectoria diferente de la impuesta (deriva); este punto es quizá el más importante.

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CUADRILÁTERO DE ACKERMANN En la actualidad y universalmente se aplica en todos los automóviles el cuadrilátero de Ackermann o de Jeantaud. Es el sencillo mecanismo que realiza la unión entre los ejes de las ruedas directrices del vehículo. A fin de que pueda producirse un cambio de dirección sin que exista deslizamiento de las ruedas sobre el suelo, es necesario que los ejes de todas las ruedas pase por un mismo punto. El cuadrilátero de Ackermann permite que esta condición se cumpla con una aproximación bastante buena. Con las ruedas en posición recta, los brazos de dirección deben cortarse en el centro del eje trasero.

Cuadrilátero de Ackermann

El cuadrilátero de dirección con los brazos A D y B C convergentes sobre el eje trasero representa un sistema aproximado y sencillo para obtener un viraje con un ángulo mayor en la rueda interior de la curva. Si la intersección E se encuentra delante del eje trasero, los errores se hacen sensibles a alta velocidad; si se encuentra detrás, estos se notan más a baja velocidad. La teoría del cuadrilátero presupone que los dos ejes de las ruedas delanteras y el eje único de las ruedas traseras pueden encontrarse en un punto. Por desgracia, esto ocurre raramente: incluso admitiendo que las ruedas son verticales, hay que tener en cuenta que existe una cierta convergencia o divergencia que no las hace completamente paralelas entre sí. Sin embargo, incluso suponiendo despreciable la influencia de la convergencia, permanece el hecho de que los ejes de rotación de las ruedas son coplanarios solamente cuando las ruedas están derechas, puesto que, durante el viraje, la existencia de la incidencia de los pivotes (hacia delante) y su inclinación lateral hace que el eje de rotación se eleve o descienda a lo largo de una superficie cónica inclinada hacia atrás, mientras que el eje trasero permanece en un plano horizontal. Además de esto, en las curvas se produce otro fenómeno que mantiene los ejes de rotación de las ruedas alejados del paralelismo con el terreno. Al principio, se ha supuesto que las ruedas están completamente verticales. En la práctica, esta condición se verifica solamente en las suspensiones traseras de eje rígido, mientras que para todas las demás suspensiones, incluso en la marcha rectilínea, las ruedas tienen una pequeña inclinación. En las curvas, las cosas empeoran, y el balanceo del vehículo tiende a inclinar todas las ruedas de manera diferente. Pablo Guimarey Álvarez

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CUADRILÁTERO DE JEANTAUD

Cuadrilátero de Jeantaud

Mecanismo cuya finalidad consiste en conseguir el cambio de dirección de los vehículos. Recibe el nombre del francés Jeantaud, quien en 1878, lo construyó sobre la base de la realizada 60 años antes por el alemán Ackermann. El cuadrilátero de Jeantaud consiste en un sistema articulado que une las ruedas directrices, permitiendo que giren según ángulos que cumplan la condición de giro correcto. Ésta impone que, con el fin de que el vehículo pueda cambiar de dirección sin que se produzcan deslizamientos en una o más ruedas, las prolongaciones de los ejes de rotación da las mismas deben encontrarse en un punto que constituye el centro instantáneo de rotación de todo el vehículo. Ello se obtiene mediante la orientación de las ruedas directrices, con el eje delantero articulado en tres partes, de las que las extremas puedan girar en torno a ejes verticales. La regla de Jeantaud para la determinación de un cuadrilátero que permita un giro lo más cercano posible a la condición correcta, es decir, con errores de giros mínimos, dice que hay que configurarlo de forma que las prolongaciones de los brazos inclinados se encuentren en el punto medio del eje trasero. Las actuales realizaciones del cuadrilátero de Jeantaud se apartan de la regla, a causa de la deriva de los neumáticos y de la posición efectiva de las ruedas. La denominación de cuadrilátero de Jeantaud se atribuye más propiamente al mecanismo en que la barra de unión se halla por detrás del eje de las ruedas. Cuando ésta se halla por delante, el cuadrilátero se llama de Panhard.

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TIPOS DE DIRECCIONES: Engranajes de dirección •

Generalidades El sistema de engranajes va montado al final de la columna de la dirección, envuelto en un cárter que se prolonga casi siempre en un tubo que rodea a la columna hasta el volante. El sistema de engranajes debe permitir un cambio de dirección fácil sin necesidad de girar muchas vueltas el volante. Los engranajes de tipo más corriente proporcionan una desmultiplicación de 11 ó 12 a 1 en los turismos y de 18 ó más en los camiones pesados, lo que quiere decir que el volante debe girar 2,5 a 3,5 vueltas completas para que las ruedas giren entre sus posiciones extremas. Si se transmite el movimiento del volante directamente a las ruedas, tiene el inconveniente de transmitirse (al volante) todas las sacudidas producidas por el camino en las ruedas y éstas tienden, constantemente, a imprimir un giro en el volante. A este tipo de dirección se le llama reversible. La dirección irreversible es aquella en que ninguna vibración o esfuerzo de las ruedas se transmite al volante, pero tiene el defecto de que el conductor no percibe estas vibraciones en el volante, habiéndose demostrado prácticamente que no conviene de ninguna manera; además, debido a esta rigidez, las piezas se desgastan y sufren más. El tipo actual más corriente es el semi-reversible, intermedio entre los dos anteriores, que tienden ligeramente las ruedas a girar el volante, pero no deja de notar, el conductor en el volante, los efectos de las irregularidades del terreno. • Sistemas de engranajes de la dirección El sistema de engranaje de la dirección, constituye el elemento desmultiplicador de giro del volante y lo forma un conjunto de engranaje protegidos en un cárter y a su vez sirve de unión al bastidor. Según la disposición, la forma y los elementos que lo componen, existen los tipos de dirección que se enumeran en el cuadro siguiente:

•

Mecanismo de sinfín cilíndrico con tuerca (fig. 5)

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Estudio y Verificación de la Dirección ARQUITECTURAS DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN En cuanto se refiere a las disposiciones de los mecanismos que componen el sistema de dirección, podemos distinguir dos casos principales: dirección para el eje delantero rígido y dirección para tren delantero de suspensión independiente. Cada uno de estos casos tiene su propia disposición de mecanismos. El sistema de dirección para eje delantero rígido No se usa actualmente por lo que haremos una pequeña reseña sobre el sistema. Se utiliza una barra de acoplamiento única (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 dirección para tren delantero de suspensión independiente Cuando hay una suspensión independiente para cada rueda delantera, como la separación entre estas varía un poco al salvar las irregularidades de la carretera, se necesita un sistema de dirección que no se vea afectada por estas variaciones y mantenga la dirección de las ruedas siempre en la posición correcta. Un tipo de dirección 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 articulación (F) sobre el bastidor.

Para transformar el giro del volante de la dirección en el movimiento a un lado u otro del brazo de mando, se emplea el mecanismo contenido en la caja de la dirección, que al mismo tiempo efectúa una desmultiplicación del giro recibido, para permitir al conductor orientar las ruedas con un pequeño esfuerzo realizado en el volante de la Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección dirección. Se llama relación de desmultiplicación, la que existe entre los ángulos de giro del volante y los obtenidos en la orientación de las ruedas. Si en una vuelta completa del volante de la dirección (360º) se consigue una orientación de 20º en las ruedas, se dice que la desmutiplicación es de 360:20 o, lo que es igual 18:1. El valor de esta orientación varia entre 12:1 y 24:1, dependiendo este valor del peso del vehículo que carga sobre las ruedas directrices. Mecanismos de dirección de tornillo sinfín Consiste en un tornillo que engrana constantemente con una rueda dentada. El tornillo se une al volante mediante la "columna de dirección", y la rueda lo hace al brazo de mando. De esta manera, por cada vuelta del volante, la rueda gira un cierto ángulo, mayor o menor según la reducción 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 sinfín (7), al que se une por medio de estrías la columna de la dirección. Dicho sinfín va alojado en una caja (18), en la que se apoya por medio de los cojinetes de rodillos (4). Uno de los extremos del sinfín recibe la tapadera (5), roscada a la caja, con la cual puede reglarse el huelgo longitudinal del sinfín. El otro extremo de éste 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 dirección. Engranando con el sinfín en el interior de la caja de la dirección 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 cónico, 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 retén (24). El casquillo de bronce (17), donde se aloja el eje del sector, es excéntrico para permitir, mediante el tornillo con excéntrica (10) acercar mas o menos dicho sector el sinfín. 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 Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección impedir que varíe el reglaje una vez efectuado. La posición del casquillo (17) se regula por la colaboración de la chapa (22) y su sujección al tornillo (27). OTROS TIPOS DE DIRECCIÓN POR CAJA Mecanismo de sinfín cilíndrico con sector dentado La parte inferior de la barra o columna (C) de la dirección termina en un sinfín (T) donde engrana un sector dentado (S), que lleva fijo en su centro un eje (E), al que va unido el brazo de mando (M). Al girar el volante y, con él, la columna de la dirección, el sector dentado se desplaza sobre el "sinfín" haciendo girar su eje que obliga a oscilar adelante y atrás, al brazo, de mando que, al estar articulado elásticamente a la biela, imprime a ésta un movimiento longitudinal en ambos sentidos. •

•

Mecanismo de tornillo sinfín cilíndrico con dedo o leva También denominado "palanca y leva". La columna de la dirección termina en un husillo (T) sobre cuya ranura puede desplazarse una leva o dedo (L) fija al extremo de una palanca (P) que mueve el brazo de mando (M). Al mover el volante, la leva se desplaza sobre el husillo, desplazamiento que a través de la palanca produce en el brazo de mando un movimiento longitudinal de delante hacia atrás.

Mecanismo de tornillo sinfín cilíndrico con tuerca e hilera de bolas Se denomina también de circulación de bolas. Sobre el tornillo sinfín (T) lleva una tuerca (C) y entre ésta y el tornillo sinfín una hilera de bolas (B) que recorren la hélice del tallado interior del tornillo y de la tuerca. La tuerca lleva tallada una cremallera transmitiendo su movimiento a un sector (S) dentado unido al brazo de mando (M).

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Estudio y Verificación de la Dirección

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Mecanismo de tornillo sinfín globoide y rodillo El sinfín globoide se aplica cuando el elemento de translación se desplaza describiendo un arco al girar sobre su propio eje de giro, como en el sistema tornillo y rodillo. En este sistema la columna (C) lleva en su parte inferior un tornillo (T) roscado sobre el que rueda, engranado en su estría, un rodillo (R) que forma parte del brazo de mando (M), al que imprime un movimiento.

Fallos de Caja mecánica de bola Recirculante: abcde-

Desajuste o desgaste de sector dentado Fugas en retenedores o respiradero Enclavamiento de caja por desgaste de bolas Daño en brazo Pitman Sujeción de la caja (Amarre a carrocería)

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Estudio y Verificación de la Dirección DIRECCION POR CREMALLERA: •

Mecanismo de dirección por cremallera

El sistema de esta dirección se caracteriza por la reducción del número de elementos y por su mecanismo desmultiplicador y su simplicidad de montaje. Va acoplada directamente sobre los brazos de acoplamiento de las ruedas y tiene un gran rendimiento mecánico.

Es un procedimiento de mandar transversalmente la dirección. La columna (V), termina en un piñón (P), que al girar, desplaza a derecha o izquierda la barra cremallera (C), que mueve las dos bieletas (B), de la barra de acoplamiento. Las bieletas en sus extremos se unen por rótulas (R) con los brazos de acoplamiento (A) desplazándola y orientando las ruedas, las cuales, se desplazan por modificación de sus pivotes.

La barra-cremallera se articula a ambas partes, (B) de la barra de acoplamiento, mediante las rótulas (R). Otras veces, las barras (B) son más largas y se articulan casi juntas a la cremallera (C). Actualmente se utiliza en muchos modelos de vehículos de tracción delantera debido su precisión en el desplazamiento angular de las ruedas. Se consigue una gran suavidad en los giros y una recuperación rápida, haciendo que la dirección sea más segura, estable y cómoda. Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección Partes:

abcdefghij-

Rol retenedor Tornillo sin Fin Carcasa Buje de soporte de cremallera o Bush Uniones de rótulas Internas y Externas Gualdapolvos Tornillo de Tope de Ajuste Resorte de Tope de Ajuste Vaquerita de Tope de Ajuste Debemos de recordar que esta caja lleva varios retenedores y empaques para mejorar su funcionamiento. k- Lubricado por medio de grasa.

Función de las partes: La función de esta caja de dirección es muy sencilla. El tornillo sin fin esta conectado con la columna de dirección por un juego de cruces, las cuales hacen que gire de derecha a izquierda o viceversa. Este tornillo sin fin esta conectado por medio de unos dientes a la barra de cremallera, cuando el tornillo sin fin gira, la barra de cremallera se desliza de un lado al otro dentro de la carcasa. Esta barra de cremallera esta conectada por medio de un sistema de brazos a la bocina. Este sistema de brazos esta conformado por una rotula interna, una barra de unión y una rotula externa. La rotula interna debe de estar cubierta por un gualdapolvos para evitar la suciedad dentro de la carcasa, la cual podría dañarse por suciedad acumulada. El tope de ajuste nos ayuda a ajustar a la barra de cremallera con el tornillo sin fin, ya que el desgaste de el tornillo sin fin puede causar que no logren hacer contacto para deslizar

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Estudio y Verificación de la Dirección la barra de cremallera, causando la perdida parcial o total de la dirección del vehículo. El tornillo de ajusta se debe de empujar en contra de la vaquerita, para que esta logre ajustar el contacto entre la barra y el tornillo sin fin. Averias de la cremallera: Las averias que pueden ocurrir en la cremallera, se pueden evitar con un chequeo constante de sus partes, ahí que recordar que la dirección es uno de los sistemas más importantes del vehículo, y la perdida total o parcial de este puede producir daños cuantiosos, sin mencionar los daños a personas que pueden llegar a ser mortales. Algunos de las fallos mas comunes son: abcde-

Desgaste de Rótulas Rotura de gualdapolvos Anillo de cremallera o buje Desajuste de cremallera y tornillo sin fin Desgaste de hules de soporte.

La dirección de cremallera es precisa por su concepción, el juego de dentado entre el piñón y la cremallera ha sido suprimido. La cremallera está en apoyo constante sobre el piñón por la acción de un empujador atacado por un muelle. 1. 2. 3. 4. 5.

el volante la columna de dirección la caja de dirección (cremallera). el flector (actualmente tiende a desaparecer) las bieletas de dirección que aseguran la unión cremallera-palanca de dirección.

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Estudio y Verificación de la Dirección Engranaje de Dirección de Piñón – Cremallera Las rotaciones de un engranaje (piñón) en el extremo del eje principal enganchan con los dientes que son apoyados en una barra redonda (cremallera) cambiando este giro a un movimiento de izquierda o derecha.

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Estudio y Verificación de la Dirección Sistema de reglaje en el mecanismo de cremallera El reglaje para mantener la holgura correcta entre el piñón (1) y la cremallera (2), se realiza por medio de un dispositivo automático instalado en la caja de dirección y que además sirve de guía a la cremallera. El sistema consiste en un casquillo (3) acoplado a la caja de dirección (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 piñón y la cremallera, se bloquea la posición por medio de la contratuerca (10). Existen varios sistemas de reglaje de la holgura piñón cremallera, pero los principales son los representados en las figuras.

Sistemas de montaje Teniendo en cuenta la situación y disposición del motor en el vehículo, así como los otros órganos del mismo con respecto a la caja de la dirección, los fabricantes han adoptado diferentes sistemas de enlace entre la cremallera y los brazos de acoplamiento, adaptados a las características del vehículo. • Sistema lineal: el mas sencillo de todos ellos es el adaptado en los vehículos Simca y Renault, que consiste en unir directamente la barra de cremallera (2) a los brazos de las ruedas (6) a través 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 rótulas (5); de esta forma se hace regulable la unión con las ruedas. Este sistema, completamente lineal, transmite el movimiento directamente de la cremallera a las ruedas directrices.

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Estudio y Verificación de la Dirección 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 rígido y sin desmultiplicación. 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.

La columna de la dirección, tanto en el modelo de la figura inferior como en otros, suele ir "partida" y unidas sus mitades por una junta cardánica, que permite desplazar el volante de la dirección a la posición mas adecuada de manejo para el conductor. Desde hace muchos años se montan en la columna dispositivos que permiten ceder al volante (como la junta citada) en caso de choque frontal del vehículo, pues en estos casos hay peligro de incrustarse el volante en el pecho del conductor. En la figura inferior se muestra el despiece e implantación de este tipo de dirección sobre el vehículo. La carcasa (Q) o cárter de cremallera se fija al bastidor mediante dos soportes (P) en ambos extremos, de los cuales salen los brazos de acoplamiento o bieletas de dirección (N), que en su unión a la cremallera están protegidas por el capuchón de goma o guardapolvos (O), que preserva de suciedad esta unión. El brazo de acoplamiento dispone de una rótula (M) en su unión al brazo de mangueta y otra axial en la unión a la cremallera tapada por el fuelle (O). Esta disposición 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 suspensión, sin transmitir reacciones al volante de la dirección.

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La columna de la dirección va partida, por las cuestiones de seguridad ya citadas, y para llevar el volante a la posición idónea de conducción. El enlace de ambos tramos se realiza con la junta universal (B) y la unión al eje del piñón de mando (K) se efectúa por interposición de la junta elástica (D). El ataque del piñón sobre la cremallera se logra bajo la presión ejercida por el muelle (S) sobre el pulsador (R), al que aplica contra la barra cremallera de la parte opuesta al engrane del piñón, mientras que el posicionamiento de esté se establece con la interposición de las arandelas de ajuste (H).

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Dirección asistida Debido al empleo de neumáticos de baja presión y gran superficie de contacto, la maniobra en el volante de la dirección para orientar las ruedas se hace difícil, sobre todo con el vehículo parado. Como no interesa sobrepasar un cierto limite de desmultiplicacíon, porque se pierde excesivamente la sensibilidad de la dirección, en los vehículos se recurre a la asistencia de la dirección, que proporciona una gran ayuda al conductor en la realización de las maniobras y, al mismo tiempo, permite una menor desmultiplicación, ganando al mismo tiempo sensibilidad en el manejo y poder aplicar volantes de radio mas pequeño. La dirección asistida consiste en acoplar a un mecanismo de dirección simple, un circuito de asistencia llamado servo-mando. Este circuito puede ser accionado por el vacío de la admisión o el proporcionado por una bomba de vacío, la fuerza hidráulica proporcionada por una bomba hidráulica, el aire comprimido proporcionado por un compresor que también sirve para accionar los frenos y también últimamente asistido por un motor eléctrico (dirección eléctrica). El mas usado hasta ahora es el de mando hidráulico (aunque actualmente los sistemas de dirección con asistencia eléctrica le están comiendo terreno) del que se muestra el esquema básico en la figura inferior. Puede verse en ella que el volante de la dirección acciona un piñón, que a su vez mueve una cremallera como en una dirección normal de este tipo; pero unido a esta cremallera se encuentra un pistón alojado en el interior de un cilindro de manera que a una u otra de las caras puede llegar el liquido a presión desde una válvula distribuidora, que a su vez lo recibe de un depósito, en el que se mantiene almacenado a una presión determinada, que proporciona una bomba y se conserva dentro de unos limites por una válvula de descarga.

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO Con el volante en posición neutral las cámaras del cilindro actuador están abiertas, manteniendo la misma presión de aceite; al girar, una de las dos cámaras del cilindro se comunica con la línea de presión mediante el distribuidor rotante, la otra se comunica con el depósito mediante la línea de escape.

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Ventajas e inconvenientes de la servodirección Ventajas: 1ª.- 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. 2ª.- Permiten acoplar una dirección mas directa; es decir, con una menor reducción con lo que se obtiene una mayor rapidez de giro en las ruedas. Esto resulta especialmente adecuado en los camiones y autocares. 3ª.- En el caso de reventón del neumático, extraordinariamente grave en las ruedas directrices, estos mecanismos corrigen instantáneamente la dirección, actuando automáticamente sobre las ruedas en sentido contrario al que el neumático reventado haría girar al vehículo. 4ª No presentan complicaciones en el montaje, son de fácil aplicación a cualquier vehículo y no afectan a la geometría de la dirección. 5ª.- Permiten realizar las maniobras mas delicadas y sensibles que el conductor precise, desde la posición de paro a la máxima velocidad. La capacidad de retorno de las ruedas, al final del viraje, es como la de un vehículo sin servodirección. 6ª.- En caso de avería en el circuito de asistencia, el conductor puede continuar conduciendo en las mismas condiciones de un vehículo sin servodirección, ya que las ruedas continúan unidas mecánicamente 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 prácticamente nulos ya que, debido a su simplicidad y robustez, no requieren un entretenimiento especial y no tienen prácticamente averías. Por tanto los únicos inconvenientes a destacar son: 1ª.- Un costo mas elevado en las reparaciones, ya que requieren mano de obra especializada. 2ª.- El costo mas elevado de este mecanismo y su adaptación inicial en el vehículo, con respecto a la dirección simple. Modelos de sistemas de servodirección hidráulica. Uno de los mas empleados de este tipo de sistemas es el de VirexFulmina, cuya disposición de elementos corresponde al tipo integral (mando directo). Esta formada por un dispositivo hidráulico de accionamiento, montado en su interior, y un mecanismo desmultiplicador del tipo sinfín y tuerca. El circuito hidráulico esta constituido (figura inferior) por una bomba de presión (2) accionada por el motor del vehículo y cuya misión es enviar aceite a presión al dispositivo de mando o mecanismo integral (1) de la servodirección. El aceite es Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección aspirado de un depósito (3) que lleva incorporado un filtro para la depuración del aceite. La conducción del aceite a presión entre los tres elementos se realiza a través de las tuberías flexibles (4, 5 y 6) del tipo de alta presión. El émbolo (1) del dispositivo hidráulico (figura inferior), alojado en el interior del mecanismo de la dirección, actúa al mismo tiempo como amortiguador de las oscilaciones que se pudieran transmitir desde las ruedas a la dirección. Por ejemplo, en caso de un reventón en una de las ruedas, la válvula de distribución (2) reacciona automáticamente en sentido inverso al provocado por el reventón; esto permite al conductor mantener el control del vehículo hasta poderlo parar con solo mantener sujeto el volante. Existe ademas, un dispositivo hidráulico de reacción de esfuerzos sobre el volante, proporcional al esfuerzo realizado por la dirección, que permite al conductor conocer las reacciones del vehículo en todo momento, haciendo la dirección sensible al mando. Como hemos visto hasta ahora la dirección asistida se divide en lo que hemos llamado dirección simple o mando mecánico y en el sistema de asistencia a la dirección o mando hidráulico. Dispositivo de mando mecánico El mando mecánico esta formado por un mecanismo desmultiplicador de tornillo sinfín y tuerca. El husillo del sinfín (3), unido al árbol de la dirección, va apoyado, a través del dispositivo elástico de la válvula 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 émbolo de mando (1) unido a ella. El émbolo va unido, a su vez, a través de una biela (5), a la manivela (6) que hace girar al eje (7) y al brazo de mando (8).

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Estudio y Verificación de la Dirección Dispositivo de mando hidráulico. La válvula de distribución (figura inferior), situada en el interior del cuerpo central de la servodirección, esta formada por una caja de válvulas (1), en cuyo interior se desplaza una corredera (2) movida por el árbol de la dirección (3). Esta válvula canaliza, según la maniobra realizada en el volante, el aceite a presión hacia uno u otro lado del émbolo (4) de doble efecto. Mientras no se actúa sobre el volante; las válvulas se mantienen abiertas por estar situada la corredera en su posición media. Esta posición es mantenida por un dispositivo elástico de regulación por muelles (5), que tienen una tensión inicial apropiada a las características del vehículo. En esta posición el aceite tiene libre paso de entrada y salida por el interior del distribuidor sin que realice presión alguna sobre las caras del émbolo. Al girar el volante para tomar una curva, es necesario vencer previamente la fuerza de resistencia que oponen los muelles para actuar las válvulas; esto hace que, para maniobras que requieren poco esfuerzo sobre el volante, las válvulas no actúan, realizandose la maniobra con el dispositivo mecánico sin intervención del mecanismo de asistencia. Vencido ese pequeño esfuerzo, y para mayores maniobras con el volante, las válvulas actúan desplazandose en uno u otro sentido y contando el paso de aceite a presión en una de las caras del émbolo. La presión del aceite sobre la otra cara del émbolo 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 válvulas, así como el paso de aceite al lado correspondiente del émbolo. El aceite sin presión, desalojado por el émbolo es expulsado a través de la válvula correspondiente nuevamente al depósito.

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La presión de aceite necesaria en cada maniobra es regulada automáticamente en función del esfuerzo de reacción necesario para hacer girar las ruedas del vehículo. Este esfuerzo de reacción depende de la carga que gravita sobre las ruedas del estado de los neumáticos y de la velocidad del vehículo en el momento de efectuarse la maniobra. Para cada presión de maniobra, que oscila de 0 a 70 kg/cm2, se produce un autoequilibrio en las válvulas que regulan con su mayor o menor paso de aceite la presión necesario. En el interior del cuerpo de válvulas, y situada entre los conductos de entrada y salida de aceite, hay instalada una válvula de seguridad que, en caso de avería en el sistema hidráulico, establece automáticamente la circulación continua de aceite sin transmitir presión de uno al otro lado del émbolo. Con esto se anula el peligro de bloqueo en la dirección y se permite la conducción mecánica sin la ayuda de la servodirección. Dada la misión que cumple esta válvula, esta prevista de forma que, ni por desgaste no por causa accidental, pueda anularse su funcionamiento. Bomba de presión. El 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 prácticamente constante a cualquier régimen de funcionamiento por medio de unos limitadores de caudal y presión situados en el interior de la misma. El limitador o regulador de caudal está formado por una válvula de pistón (1) y un resorte tarado (2), intercalados entre la salida de Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección la cámara de presión y el difusor de la bomba; hace retornar el caudal sobrante al circuito de entrada. El limitador de presión esta formado por una válvula de asiento cónico 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 efectúa por una polea y correas trapeciales acopladas a la transmisión del motor.

Servodirección hidráulica coaxial. Esta servodirección se caracteriza por llevar el sistema de accionamiento hidráulico (cilindro de doble efecto) independiente del mecanismo desmultiplicador, aplicando el esfuerzo de servoasistencia. coaxialmente, es decir, en paralelo con el sistema mecánico. La servodirección coaxial puede aplicarse a cualquier tipo de dirección comercial, ya sea del tipo sinfín o de cremallera. El circuito hidráulico esta formado por un depósito (1) y una bomba que suministran aceite a presión a la válvula distribuidora de mando (2). Esta válvula acoplada a la dirección, es accionada el mover el volante y tiene como misión dar paso al aceite a una u otra cara del émbolo del cilindro de doble efecto (3). El cilindro puede ir acoplado en el cuerpo de válvulas o acoplado directamente al sistema direccional de las ruedas (bieletas) como ocurre en las direcciones de cremallera.

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Colocación, despiece y funcionamiento de un sistema de servodirección en el vehículo de la marca Audi 100

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Esquema de situación y funcionamiento de un sistema de servodirección de un vehículo de la marca Audia 80 Quattro.

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La válvula rotativa: es un elemento muy preciso. Esta compuesta de: • Un cuerpo • Una corredera rotativa solidaria al piñón de la cremallera • Una barra de torsión que une ambas correderas La barra de torsión posiciona las dos correderas rotativas, una respecto a otra, en posición de equilibrio. La flexibilidad de la barra de torsión permite el decalado de una corredera con respecto a la otra.

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FUNCIONAMIENTO Girando el volante conectado a la válvula corredera del distribuidor mediante una doble junta cardán se consigue una rotación relativa entre la válvula corredera (A) y la camisa (B) que permite alimentar una de las dos cámaras del cilindro de la dirección (2-3). El consiguiente desplazamiento de la cremallera hace girar el piñón que vuelve a centrar la camisa respecto a la válvula corredera. La columna se conecta directamente al piñón (4) mediante una barra de torsión (3). En la fase de giro ese dispositivo se mantiene en torsión; al terminar el giro la torsión desaparece. La presencia de torsión en el dispositivo es indicativa de la apertura de las lumbreras entre el distribuidor rotante (1) y la camisa (2). La apertura de las lumbreras está vinculada por la acción de giro a través del cilindro actuador (2).

La columna se conecta directamente al piñón (4) mediante una barra de torsión (3). En la fase de giro ese dispositivo se mantiene en torsión; al terminar el giro la torsión desaparece. La presencia de torsión en el dispositivo es indicativa de la apertura de las lumbreras entre el distribuidor rotante (1) y la camisa (2). La apertura de las lumbreras está vinculada por la acción de giro a través del cilindro actuador (2).

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CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO

En caso de mando activo de dirección en el volante la válvula corredera del distribuidor forma un ángulo relativo respecto a la camisa (B), mientras que en el cilindro actuador estamos en presencia de un caudal de entrada (1 2) en la cámara activa y de un caudal de salida (3 4)en la otra.

En posición de fin de mando de giro desaparece el ángulo formado por la válvula corredera y la camisa; en el pistón de doble efecto (2-3) ya no existe acción alguna de potencia por parte del aceite.

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El signo del par de torsión transmitido determina la cámara del cilindro actuador que recibe el aceite a presión y la cámara del mismo de la que sale el aceite hacia el depósito.

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ELEMENTOS DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN La figura, representa la organización clásica de los elementos que constituyen la cadena cinemática que transmite el movimiento de giro del volante a las ruedas, según el sentido de las flechas que se indican. Todos los elementos los podemos clasificar en tres grupos: o Volante y árbol de la dirección. o Caja de engranajes de la dirección. o Palancas y barras (timonería) de la dirección. El árbol de dirección (A) por su parte superior, va unida al volante (V), y por la inferior a la caja de la dirección (C) donde se transforma el movimiento circular del volante en movimiento lineal. De la caja de dirección llega el movimiento a la barra de acoplamiento (B) a través del brazo de mando (M), biela (L) y palanca de ataque (P), los tres articulados entre sí. Los extremos del eje delantero terminan en unas "horquillas" (H) sobre las que se articula el pivote (R) (eje direccional de las ruedas). Del pivote sale la mangueta (E) sobre la que giran locas las ruedas en cojinetes de bolas o rodillos. De cada mangueta (E) y fijo a ella sale el brazo de acoplamiento (F). Estos brazos están unidos por la barra de acoplamiento (B) que va articulada en los extremos de ambos brazos.

VOLANTE DE DIRECCIÓN Es el órgano mediante el cual el conductor transmite a las ruedas el movimiento de la dirección. En su forma moderna, el volante está constituido por la corona, accionada por el conductor, un cubo unido al eje y una serie de radios que unen la corona y el cubo. La fijación a la columna de dirección se obtiene mediante un cono acanalado. Suele estar construido interiormente de acero o aluminio revestido de plástico acolchado, El revestimiento tiene las funciones de facilitar el agarre, evitar reflejos perjudiciales y amortiguar el impacto del conductor en caso de golpe. El volante se proyecta de forma que reduzca las consecuencias del choque del tórax del conductor contra el mismo. Una solución es realizar un volante con los radios muy anchos y un cubo muy ancho de gran diámetro, eventualmente dotado de acolchamiento, de manera que constituya casi un apoyo para el tórax del conductor. En resumen, el volante debe ser flexible, sin resaltes, acolchado y deformable plásticamente, que no se rompa formando peligrosos punzones. La posición del volante se estudia cuidadosamente para que, ergonómicamente, sea lo menos fatigosa, la posición del volante puede regularse en función de la corpulencia del conductor. En la actualidad el volante dispone de un alojamiento para el airbag.

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COLUMNA DE DIRECCIÓN

Es un cuerpo generalmente cilíndrico dentro del cual gira el eje de la dirección. La columna de dirección está normalmente compuesta por un tubo de acero, fijado al bastidor o a la carrocería del vehículo y por dentro de la cual pasa el eje, que se una a la caja de la dirección. El eje de la dirección gira en el interior de la columna, que está fija, constituyendo un órgano de soporte y protección; para reducir el rozamiento, en los dos extremos de la columna se colocan dos casquillos, de bajo rozamiento, que soportan el eje. La columna de dirección lleva alojado el dispositivo de bloqueo del eje de la dirección. Con la evolución de la forma de la carrocería y la progresiva disminución en altura de los vehículos, la columna de dirección se ha ido inclinando, pasando de una posición casi vertical a otra casi horizontal. Un cuidadoso examen de los accidentes en carretera ha puesto de manifiesto el peligro del conjunto columna - eje, que en caso de choque frontal es una autentica lanza, contra la cual va a chocar el pecho del conductor. Tanto en América como en Europa han sido emitidas normas tendentes a reducir este peligro. Los sistemas adoptados por los fabricantes para atenerse a dichas normas son diversos, y la misma columna de dirección tiene una función importante de amortiguamiento del choque, como: - Retrasar lo más posible la caja de dirección. - Realizar el eje de la columna en distintos trozos unidos por articulaciones tipo cruceta, que permitan la libre deformación sin causar un deslizamiento del volante. - Garantizar en cada circunstancia la “distancia vital” entre asiento y volante, distancia que queda salvaguardada mediante la indeformabilidad del habitáculo y la inmovilidad del asiento. - Insertar en el eje, o en la estructura a la cual está vinculado, elementos de deformación, para disipar la energía derivada del choque del conductor contra el volante.

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Columna de dirección pivotante

Lancia realizo un proyecto innovador cuyo concepto básico es: - La subdivisión de la columna en dos elementos tubulares que tienen la posibilidad de deslizarse uno dentro del otro en caso de choque. - El soporte de fijación de la columna de dirección, con doblez establecido previamente, permite a la columna efectuar un movimiento hacia abajo; este movimiento permite que los tornillos se salgan de los alojamientos de fijación, evitando así el peligroso movimiento hacia arriba de la columna en caso de choque.

Columnas de dirección diseñadas para que en caso de colisión frontal el volante no se desplace hacia el conductor. En el tipo de columna 1, al colisionar el vehículo, la columna cede por la junta universal. El ejemplo 2, la porción inferior del árbol se desplaza a lo largo de la superior y absorbe la energía del impacto. En el caso 3, se acorta y la sección enrregillada se comprime para amortiguar el golpe.

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SISTEMA DE BLOQUEO DE LA DIRECCIÓN POR FRICCIÓN El sistema de bloqueo de la dirección, en los vehículos más modernos, es del tipo por fricción. Previene la rotura de los mecanismos de bloqueo de la dirección y garantiza la incolumidad de la columna en caso de robo. De hecho, este mecanismo está formado por un muelle de anillo con la parte interior dentada que engrana en la columna y se acopla a la misma, y por una parte exterior lisa que engrana en un casquillo de fricción. El muelle de anillo puede girar respecto al casquillo acoplado al mecanismo de bloqueo, aplicando al volante un par que varía entre 10 y 24 daNm. En caso de robo, girando el volante, para romper el bloqueo de la dirección, se producirá una rotación del volante, por otra parte muy difícil, pero que impide romper el bloqueo de la dirección.

TIRANTERIA La tiranteria de la dirección esta compuesta por un conjunto de brazos metálicos (tirantes) a cuyos extremos se les acopla una rotula. Su función es la de transmitir el movimiento desde el brazo de mando hasta las manguetas. Bieletas de la dirección. Las bieletas de la dirección unen la caja de la dirección con la mangueta a través de una rotula, sirven para transmitir el movimiento y es en ellas donde se regula el alineado de dirección.

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ROTULAS.

Es el elemento propio del sistema de palancas de la dirección que consiste en una articulación con tres tipos de movimientos. Permite rotaciones de los brazos unidos a la misma, alrededor de tres ejes perpendiculares entre sí. Rótula de dirección La rótula consta de una semiesfera con un vástago cónico roscado por un extremo. La parte esférica está encerrada en un casquillo, también esférico, y es lubricada por una capa fina de material autolubricante.

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Estudio y Verificación de la Dirección OTROS SISTEMAS DE DIRECCION. En la actualidad los dispositivos de asistencia de dirección han evolucionado considerablemente hacia sistemas de ayuda variable, que proporcionan un nivel máximo de asistencia con el vehículo parado o circulando a baja velocidad, disminuyendo el ritmo de esa asistencia a medida que la velocidad aumenta. De estos sistemas el que más a evolucionado ha sido la dirección asistida por la fuerza hidráulica, que en la actualidad desarrollado un sistema de asistencia con control electrónico, que es capaz de variar la presión de asistencia en función de la velocidad de desplazamiento. Pero han surgido otros sistemas, como la dirección asistida electrónica EPS (Electrical Power Steering), que monta Fiat en sus modelos Punto (Dual Drive) desarrollada por Delphi, y la dirección asistida EPAS, de INSK, empleada por este mismo fabricante en el Seicento.

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DIRECCIÓN ELECTROMECÁNICA DE ASISTENCIA VARIABLE En estos últimos años se esta utilizando cada vez mas este sistema de dirección, denominada dirección eléctrica. La dirección eléctrica se empezó a utilizar en vehículos pequeños (utilitarios) pero ya se esta utilizando en vehículos del segmento medio, como ejemplo: la utilizada por el Renault Megane. En este tipo de dirección se suprime todo el circuito hidráulico formado por la bomba de alta presión, depósito, válvula distribuidora y canalizaciones que formaban parte de las servodirecciones hidráulicas. Todo esto se sustituye por un motor eléctrico que acciona una reductora (corona + tornillo sinfín) que a su vez mueve la cremallera de la dirección. Sus principales ventajas son: • Se suprimen los componentes hidráulicos, como la bomba de aceite para servoasistencia, entubados flexibles, depósitos de aceite y filtros • Se elimina el líquido hidráulico • Reducción del espacio requerido, los componentes de servoasistencia van instalados y actúan directamente en la caja de la dirección. • Menor sonoridad • Reducción del consumo energético. A diferencia de la dirección hidráulica, que requiere un caudal volumétrico permanente, la dirección asistida electromecánica solamente consume energía cuando realmente se mueve la dirección. Con esta absorción de potencia en función de las necesidades se reduce también el consumo de combustible (aprox. 0,2 L cada 100 km) • Se elimina el complejo entubado flexible y cableado. • El conductor obtiene una sensación óptima al volante en cualquier situación, a través de una buena estabilidad rectilínea, una respuesta directa, pero suave al movimiento del volante y sin reacciones desagradables sobre pavimento irregular. Como se puede ver, este sistema de dirección se simplifica y es mucho mas sencillo que los utilizados hasta ahora. Sus inconvenientes son: Estar limitado en su aplicación a todos los vehículos (limitación que no tiene el sistema de dirección hidráulica) ya que dependiendo del peso del vehículo y del tamaño de las ruedas, este sistema no es valido. A mayor peso del vehículo 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 dirección, teniendo en cuenta que en las direcciones eléctricas todo la fuerza de asistencia la genera un motor eléctrico, cuanto mayor sea la asistencia a generar por la dirección, mayor tendrá que ser el tamaño del motor, por lo que mayor será la intensidad eléctrica consumida por el mismo. Un excesivo consumo eléctrico por parte del motor eléctrico del sistema de dirección, no es factible, ya que la capacidad eléctrica del sistema de carga del vehículo esta limitada. Este inconveniente es el que impide que este sistema de dirección se pueda aplicar a todos los vehículos, ya que por lo demás todo son ventajas.

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Estudio y Verificación de la Dirección

ESTRUCTURA Y COMPONENTES

En la dirección asistida electromecánica cuenta con doble piñón. Se aplica la fuerza necesaria para el mando de la dirección a través de uno de los piñones llamado "piñón de dirección" y a través del otro piñón llamado "piñón de accionamiento". El piñón de dirección transmite los pares de dirección aplicados por el conductor y el piñón de accionamiento transmite, a través de un engranaje de sin fin, el par de servoasistencia del motor eléctrico para hacer el gobierno de la dirección mas fácil. Este motor eléctrico con unidad de control y sistema de sensores para la servoasistencia de la dirección va asociado al segundo piñón. Con esta configuración está dada una comunicación mecánica entre el volante y la cremallera. De esa forma se sigue pudiendo dirigir mecánicamente el vehículo en caso de averiarse el servomotor.

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Estudio y Verificación de la Dirección Funcionamiento 1. El ciclo de servoasistencia de dirección comienza al momento en que el conductor mueve el volante. 2. Como respuesta al par de giro del volante se tuerce una barra de torsión en la caja de dirección. El sensor de par de dirección (situado en la caja de dirección) capta la magnitud de la torsión e informa sobre el par de dirección detectado a la unidad de control de dirección asistida. 3. El sensor de ángulo de dirección, informa sobre el ángulo momentáneo y el sensor de régimen del rotor del motor eléctrico informa sobre la velocidad actual con que se mueve el volante. 4. En función del par de dirección, la velocidad de marcha del vehículo, el régimen del motor de combustión, el ángulo de dirección, la velocidad de mando de la dirección y las curvas características implementadas en la unidad de control, ésta calcula el par de servoasistencia necesario para el caso concreto y excita correspondientemente el motor eléctrico. 5. La servoasistencia a la dirección se realiza a través de un segundo piñón que actúa paralelamente sobre la cremallera. Este piñón es accionado por un motor eléctrico. El motor ataca hacia la cremallera a través de un engranaje de sin fin y un piñón de accionamiento y transmite así la fuerza de asistencia para la dirección. 6. La suma compuesta por el par de giro aplicado al volante y el par de servoasistencia constituye el par eficaz en la caja de dirección para el movimiento de la cremallera.

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Estudio y Verificación de la Dirección FUNCIONAMIENTO DE LA DIRECCIÓN AL APARCAR 1. El conductor gira bastante el volante para poder aparcar. 2. La barra de torsión se tuerce. El sensor del par de dirección detecta la torsión e informa a la unidad de control de que se está aplicando al volante un par de dirección intenso. 3. El sensor de ángulo de dirección avisa que hay un ángulo de dirección pronunciado y el sensor de régimen del rotor informa sobre la velocidad del mando actual de la dirección. 4. Previo análisis de las magnitudes correspondientes al par de dirección, la velocidad de marcha del vehículo de 0 km/h, el régimen del motor de combustión, el pronunciado ángulo de dirección, la velocidad de mando de la dirección y, en función de las curvas características 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 eléctrico. 5. En las maniobras de aparcamiento se aporta de ese modo la servoasistencia máxima para la dirección a través del segundo piñón que actúa paralelamente sobre la cremallera. 6. La suma del par aplicado al volante y el par de servoasistencia máximo viene a ser el par eficaz en la caja de dirección para el movimiento de la cremallera en maniobras de aparcamiento.

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Estudio y Verificación de la Dirección FUNCIONAMIENTO DE LA DIRECCIÓN CIRCULANDO EN CIUDAD 1. El conductor mueve el volante al recorrer una curva en tráfico urbano. 2. La barra de torsión se tuerce. El sensor de par de dirección detecta la torsión y avisa a la unidad de control de que hay un par de dirección, de mediana intensidad, aplicado al volante de la dirección. 3. El sensor de ángulo de dirección avisa que hay un ángulo de dirección de mediana magnitud y el sensor de régimen del rotor informa sobre la velocidad momentánea con que se mueve el volante. 4. Previo análisis del par de dirección de mediana magnitud, la velocidad de marcha del vehículo de 50 km/h, el régimen del motor de combustión, un ángulo de dirección de mediana magnitud y la velocidad con que se mueve el volante, así como en función de las curvas características 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 eléctrico. 5. Al recorrer una curva se produce así una servoasistencia de mediana magnitud para la dirección a través del segundo piñón, que actúa paralelamente sobre la cremallera. 6. La 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 dirección para el movimiento de la cremallera al recorrer una curva en el tráfico urbano.

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Estudio y Verificación de la Dirección FUNCIONAMIENTO DE LA DIRECCIÓN CIRCULANDO EN AUTOPISTA 1. Al cambiar de carril, el conductor mueve el volante en pequeña magnitud. 2. La barra de torsión se tuerce. El sensor de par de dirección detecta la torsión y avisa a la unidad de control de que está aplicado un leve par de dirección al volante. 3. El sensor de ángulo de dirección avisa que está dado un pequeño ángulo de dirección y el sensor de régimen del rotor avisa sobre la velocidad momentánea con que se acciona el volante. 4. Previo análisis del par de dirección de baja magnitud, la velocidad de marcha del vehículo de 100 km/h, el régimen del motor de combustión, un pequeño ángulo de dirección y la velocidad con que se acciona el volante, y en función de las curvas características 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 dirección leve o no aportar ningún par de dirección, y excita correspondientemente el motor eléctrico. 5. Al mover la dirección circulando en autopista se realiza de esta forma la servoasistencia de baja magnitud o bien no se aporta ninguna servoasistencia a través del segundo piñón que actúa paralelamente sobre la cremallera. 6. La suma compuesta por el par de giro aplicado al volante y un mínimo par de servoasistencia viene a ser el par eficaz para el movimiento de la cremallera en un cambio de carril.

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Estudio y Verificación de la Dirección FUNCIONAMIENTO DE LA DIRECCIÓN EN "RETROGIRO ACTIVO" 1. Si el conductor reduce el par de dirección al circular en una curva, la barra de torsión se relaja correspondientemente. 2. En combinación con el descenso del par de dirección, teniendo en cuenta el ángulo de dirección y la velocidad con que se acciona el volante, el sistema calcula una velocidad teórica para el retrogiro y la compara con la velocidad de mando de la dirección. De ahí se calcula el par de retrogiro. 3. La geometría del eje hace que se produzcan fuerzas de retrogiro en las ruedas viradas. Las fricciones en el sistema de la dirección y del eje suelen hacer que las fuerzas de retrogiro sean demasiado bajas como para poder devolver las ruedas a su posición de marcha recta. 4. Previo análisis del par de dirección, la velocidad de marcha del vehículo, el régimen del motor de combustión, el ángulo de dirección y la velocidad con que se gira el volante, así como en función de las curvas características implementadas en la unidad de control, ésta calcula el par que debe aportar el motor eléctrico para el retrogiro de la dirección. 5. El motor es excitado correspondientemente y las ruedas vuelven a la posición de marcha recta.

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Estudio y Verificación de la Dirección FUNCIONAMIENTO CORRECCIÓN DE MARCHA RECTA La corrección de marcha recta es una función que se deriva del retrogiro activo. Aquí se genera un par de servoasistencia para que el vehículo vuelva a la marcha rectilínea exenta de momentos de fuerza. El sistema distingue entre un algoritmo de corto y uno de largo plazo. • El algoritmo de largo plazo está dedicado a compensar las discrepancias a largo plazo que surgen con respecto a la marcha rectilínea, por ejemplo debido al cambio de neumáticos de verano por neumáticos de invierno (usados). • El algoritmo de corto plazo corrige discrepancias de duración breve. Con ello se respalda al conductor, evitando que por ejemplo tenga que «contravolantear» continuamente al circular habiendo viento lateral constante. 1. Una fuerza lateral constante, por ejemplo la del viento lateral, actúa sobre el vehículo. 2. El conductor tuerce un poco el volante, para mantener el vehículo en marcha recta. 3. Analizando el par de dirección, la velocidad de marcha del vehículo, el régimen del motor de combustión, el ángulo de dirección, la velocidad de mando de la dirección y actuando en función de las curvas características implementadas en la unidad de control, ésta calcula el par que debe aportar el motor eléctrico para la corrección de la marcha recta. 4. El motor eléctrico de la dirección es excitado correspondientemente. El vehículo adopta la trayectoria de marcha recta. El conductor ya no tiene que dar «contravolante».

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Estudio y Verificación de la Dirección Diagrama de los elementos que intervienen en la gestión electrónica de la dirección electromecánica

Sensor de ángulo de dirección El sensor de ángulo de dirección va situado detrás del anillo retractor con el anillo colector para el sistema airbag. Se instala en la columna de dirección, entre el mando combinado y el volante. Suministra la señal para la determinación del ángulo de dirección, destinándola a la unidad de control para electrónica de la columna de dirección a través del CAN-Bus de datos. En la unidad de control para electrónica de la columna de dirección se encuentra el analizador electrónico para estas señales. Efectos en caso de avería Si se avería el sensor se pone en vigor un programa de emergencia. La señal faltante se sustituye por un valor supletorio. La servoasistencia para la dirección se conserva plenamente La avería se indica encendiéndose el testigo de averías del cuadro de instrumentos.

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Los componentes básicos del sensor de ángulo de dirección son: • un disco de codificación con dos anillos • parejas de barreras luminosas con una fuente de luz y un sensor óptico cada una El disco de codificación 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 72º cada uno y es explorado por una pareja de barreras luminosas. El anillo tiene almenas en el segmento. El orden de sucesión de las almenas es invariable dentro de un mismo segmento, pero difiere de un segmento a otro. De ahí resulta la codificación de los segmentos. El anillo de absolutos viene a determinar el ángulo. Es explorado por 6 parejas de barreras luminosas. El sensor de ángulo de dirección puede detectar 1044º de ángulo (casi 3 vueltas de volante). Se dedica a sumar los grados angulares. De esa forma, al sobrepasar la marca de los 360º reconoce que se ha ejecutado una vuelta completa del volante. La configuración especifica de la caja de la dirección permite dar 2,76 vueltas al volante de la dirección.

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Estudio y Verificación de la Dirección Si por simplificar la explicación se contempla solamente el anillo de incrementos, se aprecia por un lado del anillo la fuente luminosa y por el otro el sensor óptico (figura inferior). La medición del ángulo se realiza según el principio de la barrera luminosa. Cuando la luz incide en el sensor al pasar por una almena del anillo se engendra una señal de tensión. Al cubrirse la fuente luminosa se vuelve a interrumpir la tensión de la señal. Al mover ahora el anillo de incrementos se produce una secuencia de señales de tensión. De esa misma forma se genera una secuencia de señales de tensión en cada pareja de barreras luminosas aplicadas al anillo de valores absolutos. Todas las secuencias de señales de tensión se procesan en la unidad de control para electrónica de la columna de dirección. Previa comparación de las señales, el sistema puede calcular a qué grados han sido movidos los anillos. Durante esa operación determina también el punto de inicio del movimiento en el anillo de valores absolutos.

Sensor de par de dirección El par de mando a la dirección se mide con ayuda del sensor de par de dirección directamente en el piñón de dirección. El sensor trabaja según el principio magnetorresistivo. Está 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 dirección a través de una barra de torsión. El elemento de conexión hacia la columna posee una rueda polar magnética, en la que se alternan 24 zonas de diferente polaridad magnética. Para el análisis de los pares de fuerza se emplean dos polos respectivamente. La contrapieza es un elemento sensor magnetorresistivo, que va fijado a la pieza de conexión hacia la caja de la dirección. Al ser movido el volante se decalan ambas piezas de conexión entre sí en función del par que interviene.

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Estudio y Verificación de la Dirección En virtud de que con ello también se decala la rueda polar magnética con respecto al elemento sensor, resulta posible medir el par aplicado a la dirección de esa forma y se lo puede transmitir a la unidad de control en forma de señal.

Efectos en caso de avería Si se avería el sensor de par de dirección se tiene que sustituir la caja de la dirección. Si se detecta un defecto se desactiva la servoasistencia para la dirección. La desactivación no se realiza de forma repentina, sino «suave». Para conseguir esta desactivación «suave» la unidad de control calcula una señal supletoria para el par de dirección, tomando como base los ángulos de dirección y del rotor del motor eléctrico. Si ocurre una avería se la visualiza encendiéndose en rojo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos. Sensor de régimen del rotor El sensor de régimen del rotor es parte integrante del motor para la dirección asistida electromecánica. No es accesible por fuera. Aplicaciones de la señal El sensor de régimen del rotor trabaja según el principio magnetorresistivo y su diseño es igual que el del sensor del par de dirección. Detecta el régimen de revoluciones del rotor que tiene el motor eléctrico para la dirección asistida electromecánica; este dato se necesita para poder excitar el motor con la debida precisión. Efectos en caso de avería Si se avería el sensor se emplea la velocidad de ángulo de dirección a manera de señal supletoria. La asistencia a la dirección se reduce de forma segura. De ese modo se evita que se interrumpa de golpe la servoasistencia en caso de averiarse el sensor. La avería se indica encendiéndose en rojo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos. Velocidad de marcha del vehículo La señal de la velocidad de marcha del vehículo es suministrada por la unidad de control para ABS. Efectos en caso de avería Si se ausenta la señal de velocidad de marcha del vehículo se pone en vigor un programa de marcha de emergencia. El conductor dispone de la plena servoasistencia a la dirección, pero se ausenta la función Servotronic. La avería se visualiza encendiéndose en amarillo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos.

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Estudio y Verificación de la Dirección Sensor de régimen del motor El sensor de régimen del motor es un sensor Hall. Va atornillado a la carcasa de la brida de estanqueidad del cigüeñal. Aplicaciones de la señal La señal del sensor de régimen del motor es utilizada por la unidad de control del motor para detectar el número de vueltas del motor y la posición exacta del cigüeñal. Efectos en caso de avería Si se avería el sensor de régimen del motor, la dirección pasa a funcionar con borne 15. La avería no se visualiza con el testigo luminoso Motor eléctrico El motor eléctrico es una versión de motor asíncrono sin escobillas. Desarrolla un par máximo de 4,1 Nm para servoasistencia a la dirección. Los motores asíncronos no poseen campo magnético permanente ni excitación eléctrica. La característica que les da el nombre reside en una diferencia entre la frecuencia de la tensión aplicada y la frecuencia de giro del motor. Estas dos frecuencias no son iguales, en virtud de lo cual se trata de un fenómeno de asincronía. Los motores asíncronos son de construcción 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 rápidos de la dirección. El motor eléctrico va integrado en una carcasa de aluminio. A través de un engranaje de sin fin y un piñón de accionamiento ataca contra la cremallera y transmite así la fuerza de servoasistencia para la dirección. En el extremo del eje por el lado de control va instalado un imán, al cual recurre la unidad de control para detectar el régimen del rotor. La unidad de control utiliza esta señal para determinar la velocidad de mando de la dirección.

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Estudio y Verificación de la Dirección Efectos en caso de avería Una ventaja del motor asíncrono consiste en que también es movible a través de la caja de la dirección al no tener corriente aplicada. Esto significa, que también en caso de averiarse el motor y ausentarse por ello la servoasistencia, sigue siendo posible mover la dirección aplicando una fuerza sólo un poco superior. Incluso en caso de un cortocircuito el motor no se bloquea. Si el motor se avería, el sistema lo visualiza encendiéndose en rojo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos. Unidad de control para la dirección La unidad de control para dirección asistida va fijada directamente al motor eléctrico, con lo cual se suprime un cableado complejo hacia los componentes de la servodirección. Basándose en las señales de entrada, tales como: • la señal del sensor de ángulo de dirección, • la señal del sensor de régimen del motor, • el par de dirección y el régimen del rotor, • la señal de velocidad de marcha del vehículo • la señal de que se identificó la llave de contacto en la unidad de control. La unidad de control calcula las necesidades momentáneas de servoasistencia para la dirección. Calcula la intensidad de corriente excitadora y excita correspondientemente el motor eléctrico. La unidad de control tiene integrado un sensor térmico para detectar la temperatura del sistema de dirección. Si la temperatura asciende por encima de los 100 °C se reduce de forma continua la servoasistencia para la dirección. Si la servoasistencia a la dirección cae por debajo de un valor de 60%, el testigo luminoso para dirección asistida se enciende en amarillo y se inscribe una avería en la memoria.

La familia de características y sus curvas La regulación de la servoasistencia para la dirección se lleva a cabo recurriendo a una familia de características almacenada en la memoria permanente de programas de la unidad de control. Esta memoria abarca hasta 16 diferentes familias de características. Por ejemplo, en el caso del Golf 2004 se utilizan 8 familias de características de entre todas las disponibles. Según el planteamiento (p. ej. el peso del vehículo) se activa en fábrica una familia de características específica. Sin embargo, también en el Servicio Postventa es posible activar la familia de características con ayuda del sistema de diagnosis. Esto resulta necesario, p. ej., si se sustiuye la unidad de control de la dirección.

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Estudio y Verificación de la Dirección Como ejemplos se han seleccionado aquí respectivamente una familia de características para un vehículo pesado y una para uno ligero de entre las 8 familias de características implementadas para el Golf 2004. Una familia de características contiene cinco diferentes curvas asignadas a diferentes velocidades del vehículo (p. ej. 0 km/h, 15 km/h, 50 km/h, 100 km/h y 250 km/h). Una curva de la familia de característica expresa el par de dirección a que el motor eléctrico aporta mas o menos servoasistencia para hacer mas fácil y preciso el manejo de la dirección teniendo en cuenta variables como por ejemplo: el peso del vehículo. Efectos en caso de avería Si se avería la unidad de control para dirección asistida se la puede sustituir completa. La familia de características correspondiente en la memoria no volátil para programas de la unidad de control tiene que ser activada por medio del sistema de diagnosis. Testigo luminoso de averías El testigo luminoso se encuentra en la unidad indicadora del cuadro de instrumentos. Se utiliza para avisar sobre funciones anómalas o fallos en la dirección asistida electromecánica. El testigo luminoso puede adoptar dos diferentes colores para indicar funciones anómalas. 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 señal de aviso acústico en forma de un gong triple. Al conectar el encendido, el testigo se enciende en rojo, porque el sistema de la dirección asistida electromecánica lleva a cabo un ciclo de autochequeo. Sólo a partir del momento en que llega la señal procedente de la unidad de control para dirección asistida, según la cual el sistema trabaja de forma correcta, es cuando el testigo se apaga. Este ciclo de autochequeo tarda unos dos segundos. El testigo se apaga de inmediato en cuanto se arranca el motor.

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Particularidad Baterías descargadas El sistema detecta tensiones bajas y reacciona ante éstas. Si la tensión de la batería desciende por debajo de los 9 voltios se reduce la servoasistencia para la dirección hasta llegar a su desactivación y se enciende el testigo luminoso en rojo. Si surgen caídas breves de tensión por debajo de 9 voltios el testigo luce en amarillo. Diagnosis Los componentes del sistema de la dirección asistida electromecánica son susceptibles de autodiagnosis. Autoadaptación de los topes de la dirección Para evitar topes mecánicos secos de la dirección se procede a limitar el ángulo de mando por medio de software. El «tope de software» y, con éste, la amortiguación del mando se activan al llegar el volante a un ángulo de aprox. 5° antes del tope mec ánico. El par de servoasistencia se reduce durante esa operación en función del ángulo y par de dirección.

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Tipos de direcciones EPS según su localización

Otros fabricantes de vehículos utilizan otro tipo de sistemas de dirección electromecánica, cuyo diseño es diferente al anterior. El fabricante Renault utiliza el siguiente sistema: En la figura inferior se pueden ver los elementos que forman la dirección electromecánica, falta la parte de la columna de dirección que mueve el piñón que a su vez acciona la cremallera.

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Estudio y Verificación de la Dirección En la figura inferior se puede ver el esquema eléctrico donde se aprecia la centralita o módulo electrónico, que controla el motor eléctrico y que recibe información del estado de la dirección a través de los sensores de la posición del motor eléctrico y del captador óptico de par/volante que mide la desviación que hay en la barra de torsión 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 eléctrico. La centralita con esta información mas la que recibe a través de la red multiplexada (CANbus) y teniendo en cuenta un campo característico que tiene en memoria, genera una señal en forma de corriente eléctrica que es la que gobierna el motor eléctrico.

El captador de par y ángulo del volante, utiliza dos discos solidarios unidos por una barra de torsión 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 posición 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 torsión 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 envía el emisor no es recibida por el receptor del captador óptico.

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El fabricante Opel (General Motors) utiliza este tipo de dirección electromecánica

DIRECCIÓN ASISTIDA ELÉCTRICA DELPHI. DESCRIPCIÓN La dirección asistida EPS (Electrical Power Steering) fabricada por DELPHI es un dispositivo de servoasistencia de la dirección que aligera el esfuerzo necesario para accionar el volante en la fase de giro, sobre todo en las maniobras a baja velocidad.

COMPONENTES DE LA DIRECCIÓN ASISTIDA

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Estudio y Verificación de la Dirección

ELÉCTRICA ESTRATEGIAS DE ACTUACIÓN. FUNCIONAMIENTO BÁSICO

SERVOASISTENCIA VARIABLE EN FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD DEL VEHÍCULO Al aumentar la velocidad del vehículo, disminuye la fuerza a aplicar al volante, también porque la fuerza esistente en las ruedas disminuye al aumentar la velocidad. En consecuencia, utilizando la señal de velocidad vehículo, el NGE (nodo dirección eléctrica) establece un menor grado de asistencia de la dirección

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Estudio y Verificación de la Dirección SERVOASISTENCIA SELECCIONABLE Con el pulsador situado en el panel de mandos, el usuario puede seleccionar dos formas de conducir: - “Normal” para una servo asistencia normal a media y alta velocidad. - “City” para una dirección más blanda al aparcar y a baja velocidad, mediante una mayor servoasistencia. SERVOASISTENCIA SELECCIONABLE Con el pulsador situado en el panel de mandos, el usuario puede seleccionar dos formas de conducir: - “Normal” para una servoasistencia normal a media y alta velocidad. - “City” para una dirección más blanda al aparcar y a baja velocidad, mediante una mayor servoasistencia. AMORTIGUACIÓN OSCILACIONES RETORNO DE LA DIRECCIÓN Después de soltar el volante, tras girar, el chasis genera unas oscilaciones que, perdurando durante un cierto período de tiempo, pueden resultar molestas. En ese caso el dispositivo amortigua estas oscilaciones actuando en el motor eléctrico.

ESQUEMA DE LOS COMPONENTES

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Estudio y Verificación de la Dirección RETORNO ACTIVO En un giro mecánico, en la fase de retorno, con el vehículo en marcha, las ruedas tienden a realinearse solas debido a las fuerzas que se establecen en la zona de contacto rueda - pavimento; en la dirección asistida eléctrica, el motor eléctrico interviene en la fase de retorno de la dirección, contribuyendo a realinear las ruedas, como ayuda al efecto normal geométrico. La corrección de retorno activo es máxima a baja velocidad y mínima a alta velocidad. LA ESTRUCTURA DE LA DIRECCIÓN ASISTIDA ELÉCTRICA La estructura de la dirección asistida eléctrica puede dividirse en tres partes: - Una parte de control electrónico: la centralita electrónica y los sensores de par y posición controlan el sistema y alimentan el motor eléctrico. - Una parte de actuación electro-mecánica: el motor eléctrico y el reductor, bajo control de la centralita, suministran el par necesario para el giro; constituyen la interfaz entre la parte de control electrónico y la parte mecánica. - Una parte mecánica: el volante (en el que actúa el conductor), la columna de dirección, la cadena cinemática que transfiere el movimiento hasta las ruedas. MOTORREDUCTOR CARACTERÍSTICAS El grupo motorreductor está formado básicamente por un motor eléctrico, un engrane tornillo sin fin-rueda helicoidal con relación de servoasistencia de 22:1 (el par suministrado por el motor eléctrico es multiplicado 22 veces por el reductor) y por dos sensores de par y posición ángulo de giro. FUNCIONAMIENTO Los ejes de entrada y salida del motorreductor están fijados entre ellos mediante una barra de torsión que permite un movimiento angular de más o menos 7 grados. Cuando el conductor gira el volante se deforma elásticamente la barra de torsión, desfasando los dos ejes con un cierto ángulo, proporcional al par aplicado al volante por el conductor. Un sensor de par, montado dentro del motorreductor, mide la desviación del ángulo y proporciona una señal a la centralita que acciona, adecuadamente, el motor para realinear el eje de salida con el de entrada. MATERIALES El grupo motorreductor está fabricado con una fusión de aluminio unida al chasis del vehículo. El engranaje del motorreductor es de acero y la corona exterior de plástico. ASPECTOS PROBLEMÁTICOS El acoplamiento tornillo sin fín-rueda helicoidal se realiza para permitir la reversibilidad del movimiento; en caso de avería del motor eléctrico sigue siendo posible girar, mediante el volante, arrastrando los engranajes y el motor eléctrico.

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Estudio y Verificación de la Dirección CENTRALITA ELECTRÓNICA

CARACTERÍSTICAS La centralita: - Procesa las señales de entrada recibidas de los sensorse y acciona el motor eléctrico, suministran la corriente adecuada para conseguir el par de asistencia deseado. - Controla la comunicación por la red CAN y efectúa una autodiagnosis continua del sistema. FUNCIONAMIENTO Los valores correspondientes a la velocidad del vehículo y del alternador se obtienen de la red CAN; las señales de posición y par procedentes de los sensores representan los valores básicos con los que el microprocesador procesa los datos de salida en términos de corriente suministrada al motor. POSICIÓN La centralita que controla la servoasistencia de la dirección se fija al cuerpo de la dirección eléctrica y se conecta al cableado mediante dos conectores separados: uno de 10 pin y otros de 2 pin. DESCRIPCIÓN DE LAS SEÑALES Input señal selección forma de conducir (normal / city) (pin 4). La función normal / city cambia el par de servoasistencia según la velocidad del vehículo, mediante un botón situado en el panel de mandos. LÍNEA SERIAL CAN (PIN 5 Y 10) La centralita es capaz de recibir / transmitir información por la red CAN; las señales recibidas por la red CAN por la centralita NGE son: - Velocidad vehículo. - Estado lámpara de avería. - Señal motor en marcha (D+). - Diagnosis. - Error señal velocidad vehículo. Las señales enviadas por la red CAN por la centralita NGE son: - Estado sistema (avería). - Señal de dirección asistida activada. - Lámpara de selección forma de conducir. - Diagnosis.

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Estudio y Verificación de la Dirección INTERFAZ CON EL MOTOR La centralita se conecta al motor eléctrico mediante dos conectores: un conector de tres pin sirve para alimentar las fases del motor eléctrico y el otro de 6 pin sirve para conectar las 3 sondas Hall, situadas dentro del motor eléctrico. INTEFAZ CON LOS SENSORES La centralita recibe en entrada, mediante un tercer conector, las señales procedentes de los dos sensores potenciómetros de par y posición, montados en la columna de dirección. COMPORTAMIENTO FUNCIONAL

MOTOR ELÉCTRICO

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Estudio y Verificación de la Dirección

SENSORES. CARACTERÍSTICAS Los dos sensores de par y posición angular son de tipo potenciométrico, es decir la magnitud medida (par o posición) se traduce en una variación de la resistencia eléctrica leída por la centralita.

FUNCIONAMIENTO

El sensor de par mide la diferencia angular entre los dos ejes de entrada y salida y mediante esa diferencia obtiene el par proporcionado por el conductor. El sensor de posición determina la posición del volante accionado por el conductor. UBICACIÓN Los dos sensores (par y posición) se agrupan en una caja fijada a la fusión del motorreductor.

ASPECTOS PROBLEMÁTICOS No pueden comprobarse directamente los sensores: la diagnosis debe realizarse mediante la centralita de la dirección eléctrica.

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Estudio y Verificación de la Dirección

UBICACIÓN DE LOS COMPONENTES DE LA DIRECCIÓN ASISTIDA ELÉCTRICA

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Estudio y Verificación de la Dirección

SERVODIRECCIÓN HIDRÁULICA DE ASISTENCIA VARIABLE. La dirección asistida variable permite evolucionar la tasa de asistencia, facilita la obtención de la asistencia deseada a cualquier velocidad. Haciendo variar el esfuerzo al volante en función de la velocidad, el fin de la dirección asistida es doble: - Desde el plano del confort, convierte la dirección en muy suave para facilitar las maniobras de aparcamiento y su utilización a baja velocidad. - En el plano de comportamiento, acomodar el esfuerzo al volante de forma importante a medida que se aumenta la velocidad con el fin de ganar en precisión de conducción y en seguridad.

El sistema toma los componentes de base de la dirección asistida clásica con: -cilindro integrado en la caja de la dirección, -depósito de aceite, -bomba de alta presión y su regulador interno, -válvula rotativa que asegura la alimentación y la descarga del cilindro, -refrigeración y sus canalizaciones. A esto se vienen a añadir los elementos siguientes: -regulador de caudal integrado en el cárter de la válvula rotativa y constituido por un tirado de regulación cuyos desplazamientos están controlados por un motor eléctrico paso a paso, -un calculador electrónico situado bajo el asiento del pasajero que pilota el motor paso a paso, la velocidad se le transmite por medio de dos captadores, uno mecánico y otro electrónico. En las versiones Tracción, los dos captadores están situados en la caja de cambios, mientras que en las versiones Quadra, por razones de montaje, el captador electrónico de encuentra situado en el puente trasero. En caso de anomalía: -el testigo del sistema y el de "Servicio" se encienden en el tablero de a bordo, -el sistema pasa al modo "refugio" si el motor paso a paso funciona normalmente, y conserva una asistencia constante en el que la tasa de asistencia permanece aceptable tanto en utilización rutera como urbana, -el sistema conserva la tasa de asistencia presente en el momento de aparición de la avería si el motor paso a paso se estropea o no le llega alimentación. Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección La figura de arriba representa los componentes de un sistema de dirección de asistencia variable perteneciente a un automóvil Renault. Este sistema ofrece el máximo par de asistencia durante maniobras a baja velocidad y el mínimo par a medida que aumenta ésta. La dirección variable eleva considerablemente la seguridad activa de los vehículos. Las direcciones asistidas hidráulicas variables con gestión electrónica incorporan, respecto de las no variables, una electroválvula proporcional, llamada convertidor, y un motor eléctrico paso a paso. Así, controlan la cantidad de aceite que pasa a la válvula rotativa distribuidora y, en consecuencia, la variabilidad de la asistencia ejercida sobre el volante. La gestión del convertidor y del motor paso a paso lo realiza, electrónicamente, un módulo de control, en función de una serie de señales enviadas por diferentes sensores.

Componentes hidráulicos • Depósito: Almacena el aceite hidráulico del sistema. • Bomba de dirección: Es una bomba de aletas con regulador de caudal. Accionada por el motor mediante polea, recoge el aceite del depósito, regula la presión y lo envía a la válvula rotativa.

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Estudio y Verificación de la Dirección • Cilindro hidráulico de asistencia: Este elemento depende del tipo de dirección. La asistencia se realiza en el propio mecanismo de dirección o mediante un cilindro doble en un brazo de acoplamiento.

Bomba accionada por el motor

• Válvula: Es una válvula rotativa distribuidora, situada en el interior de la caja de

Válvula rotativa con convertidor Válvula rotativa

dirección. Se activa con el husillo de la dirección, en cuyo extremo se sitúa el piñón. A los elementos que incorpora una válvula normal se añade un dispositivo de variación de asistencia, mecanizado según la tecnología de ranuras.

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Componentes electrónicos • Captador de velocidad del vehículo: Se trata de un captador de tipo inductivo, alojado en la caja de cambios. Envía una señal a la unidad de control proporcional a la velocidad del vehículo. • Señal de régimen del motor: Comunica a la unidad de control las revoluciones del motor, información que toma directamente de la unidad de control de gestión del motor (ECU). • Unidad electrónica de control: Determina la magnitud de la corriente eléctrica para el convertidor electromagnético o el motor paso a paso, en función de la velocidad del vehículo y del régimen del motor. La ECU, además, realiza la autodiagnosis de todos los elementos electrónicos del sistema.

El convertidor y el motor paso a paso (elementos exclusivos de los sistemas variables a los que dan nombre) modifican la presión hidráulica del sistema en función de la velocidad del vehículo y del régimen del motor. El convertidor es una electroválvula proporcional, alojada en la válvula rotativa de la dirección; el motor paso a paso es un motor de corriente continua, alojado en la válvula rotativa de la dirección.

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DIRECCIONES ELECTROHIDRÁULICAS VARIABLES CON GESTIÓN ELECTRÓNICA Las direcciones electrohidráulicas, en lugar de la bomba de servoasistencia (bomba de aletas), incorporan una bomba de engranajes integrada en un grupo electrobomba. Ésta no es impulsada directamente por el motor del vehículo, sino por un motor eléctrico integrado en el grupo electrobomba. Así, se consigue ahorrar combustible, reducir el peso, debido a su construcción compacta y desacoplar el sistema hidráulico del motor. Las señales de velocidad del ángulo del volante, del vehículo y del régimen del motor son transmitidas a la unidad de control. Ésta regula el régimen del motor eléctrico y la bomba de engranajes, controlando el caudal impelido por la bomba.

Componentes del sistema • Grupo electrobomba: Se une al mecanismo de la dirección a través de tuberías. Está formado por los siguientes elementos. - Unidad hidráulica con bomba de engranajes: Es impulsada directamente por un motor eléctrico. No demanda mantenimiento ni escobillas. - Depósito de aceite hidráulico. - Unidad electrónica de control: Gobierna la velocidad del motor eléctrico para generar más o menos caudal en el sistema, en función de las diferentes señales que recibe de los sensores (régimen del motor, velocidad del vehículo y de movimiento del volante). Las fases de funcionamiento, según las señales recibidas, están programadas en la memoria del calculador.

Grupo electrobomba

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• Sensores de velocidad y régimen: Idénticos a los alojados en las direcciones hidráulicas. • Sensor de velocidad de movimiento de la dirección: Ubicado dentro de la barra de torsión del sistema de dirección, calcula la fuerza que el conductor aplica al volante. Consta de 9 pequeños condensadores de placas entre los cuales gira un rotor fijado al eje de entrada, que hace variar la capacidad de los condensadores. Evaluando esta oscilación de capacidad (producida por la variación del ángulo y de la velocidad de movimiento de la dirección), la electrónica del sensor calcula las señales correspondientes para la unidad de control de la dirección asistida. • Testigo de advertencia: La lámpara, integrada en el cuadro de instrumentos, advierte al conductor en caso de anomalías

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DIRECCIÓN ACTIVA DE BMW Una de las más recientes innovaciones es el nuevo sistema de dirección Active Steering de BMW que cambia el ángulo de las ruedas en función del ángulo de acuerdo con el giro que del volante haga el conductor, complementando el sistema de control dinámico de la estabilidad (DSC). La diferencia en el Active steering, respecto a la propuesta de otros fabricantes que proponen un sistema de dirección “steer-by-wire” puro, estriba en la presencia de una columna de dirección que establece una unión permanente entre el volante y las ruedas, garantizándose así el buen funcionamiento de la dirección, incluso si falla o se desconecta completamente el sistema de asistencia, y a su vez el conductor sigue teniendo una sensación auténtica al maniobrar, lo cual no es posible con los sistemas «steer-by-wire» puros, pues su propia configuración lo impide.

El elemento central del sistema de dirección Active Steering es la llamada dirección superpuesta. Se trata de un engranaje planetario, integrado en la columna de la dirección dividida. Un motor eléctrico interviene en los movimientos del engranaje planetario mediante un engranaje hipoide autobloqueante para aumentar o reducir el ángulo de la dirección en función de cada situación concreta. Adicionalmente, el sistema de dirección asistida regulable (similar al sistema Servotronic ya existente) se ocupa de controlar el momento de la fuerza que se aplica en el volante. Estos dos componentes unidos permiten adaptar el ángulo de las ruedas delanteras y el momento de la fuerza en el volante en función de cualquier situación de conducción. En condiciones de manejo normal, es decir, a velocidades bajas o medianas, el sistema Active Steering modifica la relación de la dirección, maniobrándose más fácilmente. Al surgir situaciones críticas, el Active Steering es capaz de cambiar el Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección ángulo de giro de las ruedas determinado por el conductor, estabilizando el automóvil más rápidamente que él, logrando ventajas dinámicas al conducir. Hay situaciones en las que las ventajas del Active Steering son más evidentes. Al conducir por una carretera, la dirección se torna más directa que en el caso de sistemas de dirección convencionales, aumentando la agilidad del vehículo. Cuando se conduce con este tipo de dirección la sensación que se tiene al volante es muy parecida a la que se siente cuando se conduce un kart, pues el conductor percibe su coche aún más maniobrable. Si lo que se busca es estacionar, por ejemplo en un estrecho espacio de la ciudad, el volante gira con dos vueltas de tope a tope, haciendo más fáciles y agradables las maniobras pues se requiere menos esfuerzo para dejar el carro en un espacio reducido. A velocidades más altas, por ejemplo conduciendo por autopistas, la dirección es cada vez más indirecta, llegando hasta el nivel de sistemas de dirección convencionales o, incluso, superándolo. Al mismo tiempo aumenta el momento de la fuerza necesaria para girar el volante, con lo que se evitan movimientos involuntarios. En esas condiciones, el conductor nota un claro aumento de la estabilidad del automóvil. Al realizar maniobras necesarias a alta velocidad, la dirección asistida por ActiveSteering reacciona más espontáneamente y el conductor puede controlar con mayor seguridad su vehículo. Si las condiciones imperantes limitan la estabilidad, por ejemplo conduciendo sobre pavimentos mojados o resbaladizos o si hay fuerte viento lateral, el sistema mejora considerablemente la estabilidad, requiriendo con menos frecuencia la acción del sistema de estabilización DSC. El sistema funciona del mismo modo al frenar sobre un pavimento con adherencia diferente en uno y otro lado (por ejemplo, con los neumáticos del lado izquierdo sobre asfalto seco y de buen agarre y los de la derecha al borde del asfalto, cerca de la cuneta) o, también, al maniobrar abruptamente, por ejemplo para esquivar un animal, un hueco o cualquier otro obstáculo que repentinamente aparece en la vía. El sistema ActiveSteering es capaz de solucionar el conflicto existente entre

agilidad, estabilidad y confort que se pone de manifiesto en cualquier dirección convencional. Gracias al sistema ActiveSteering, los futuros conductores de un BMW Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección podrán maniobrar de modo mucho más confortable y seguro en cualquier situación y, al mismo tiempo, disfrutar aún más del placer de conducir. La maniobras correctas son más importantes cuando se conduce en una carretera con curvas que se van cerrando cada vez más o se repiten incesantemente; en la autopista, circular a alta velocidad. Estas son circunstancias cotidianas en las que lo más importante es maniobrar correctamente. Pero también son situaciones en las que el carro tiene que reaccionar de diversas formas. Las ruedas delanteras tienen que girar en función de los movimientos del volante del modo más directo posible si se conduce a mediana velocidad, pero a mayor velocidad tanto más indirecta debe ser la dirección. Por lo tanto, se trata de exigencias diametralmente opuestas. El conductor siempre debe percibir las condiciones dinámicas de su automóvil a través de la dirección. El nuevo sistema de dirección dinámica ActiveSteering de BMW es capaz de conjugar la agilidad con la estabilidad y el confort, metas aparentemente contradictorias que una dirección de tipo convencional no puede alcanzar a la vez. Con un sistema de dirección convencional, las órdenes que da el conductor moviendo el volante se transmiten siempre igual debido a la relación fija entre el volante y las ruedas delanteras (aunque aumenta la progresividad de la relación en la medida en que giran más las ruedas). Una dirección directa (la solución ideal a baja velocidad) sigue siendo directa a alta velocidad, es decir, en circunstancias en las que sería deseable disponer de una dirección mucho más indirecta para compensar el aumento físico de la sensibilidad del volante al aumentar la velocidad. Si, por lo contrario, la dirección tiene la relación ideal para conducir a alta velocidad, es incómodo maniobrar a baja velocidad, ya que hay que dar más vueltas al volante hasta que giren a tope las ruedas. Por lo tanto, los sistemas de dirección convencionales siempre son una solución intermedia entre ambos extremos. El innovador sistema de dirección ActiveSteering es capaz de ofrecer una solución supuestamente imposible. Este sistema modifica concretamente el ángulo de giro de las ruedas que elige el conductor girando el volante. Al hacerlo, el sistema ActiveSteering combina las posibilidades del «steer-by-wire» puro, es decir sin una conexión directa entre el volante y las ruedas; únicamente se recurre al método de transmisión de señales electrónicas, con las ventajas que actualmente sólo ofrecen los sistemas de dirección mecánicos, especialmente en lo que se refiere a la información que sobre el estado dinámico de su coche recibe el conductor a través del volante. En términos técnicos, el funcionamiento del ActiveSteering se basa en el principio de la superposición de ángulos de la dirección. Un actuador electromecánico ubicado entre el volante y la caja de la dirección suma un ángulo al ángulo determinado por el conductor mediante la posición del volante. El elemento principal del sistema ActiveSteering está constituido por la llamada dirección superpuesta, un engranaje planetario con dos árboles de entrada y uno de salida. Uno de los árboles de entrada está unido al volante, mientras que el otro es accionado por un motor eléctrico a través de un engranaje hipoide autoblocante a modo de reductor. El ángulo total que se obtiene en el árbol de salida está compuesto del ángulo del volante y del ángulo del motor eléctrico. Pero la aplicación de la fuerza necesaria para hacer girar las ruedas no proviene del motor eléctrico, sino de una unidad servo separada, igual a la que se utiliza en las direcciones convencionales. El sistema ActiveSteering incluye además una propia unidad de control y diversos sensores para captar la dinámica de la conducción y la intención del conductor. El sistema ActiveSteering intercambia constantemente datos con la unidad de control del sistema DSC a través de la red de abordo. El sistema aumenta o reduce el ángulo de giro de las ruedas delanteras en función de la situación de la conducción. Al conducir a baja velocidad, el servomotor gira en el mismo sentido que el volante. De esta manera las ruedas giran más y es más fácil Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección maniobrar al volante. Así se obtiene una dirección más directa que en los autos convencionales hasta velocidades medianas. En estas circunstancias, la fuerza que el conductor aplica en el volante es menor y, por lo tanto, la conducción es más confortable (el funcionamiento del sistema en esta fase es comparable al de la Servotronic). Al conducir a alta velocidad, el servomotor gira en el sentido contrario al volante. De esta manera se reduce el ángulo de giro de las ruedas delanteras, haciendo la dirección más indirecta, al tiempo que ésta corresponde al alto estándar que ofrece la dirección de tipo convencional de BMW al conducir, por ejemplo, a alta velocidad por autopistas. Al mismo tiempo aumenta la fuerza que debe aplicarse para girar el volante, con lo que se evitan movimientos involuntarios.

En situaciones dinámicas críticas, el sistema Active Steering modifica concretamente el ángulo de giro de las ruedas determinado por la posición del volante elegida por el conductor. Ello significa que el sistema es capaz de recuperar la estabilidad del automóvil mucho más rápido que el conductor. El sistema Active Steering estaré disponible en breve en unas primeras series de modelos de la marca y será ofrecido sucesivamente en los automóviles de las demás series de BMW. El automóvil siempre informa a través de la dirección al conductor sobre el estado de la calzada y, al mismo tiempo, se comporta más ágilmente y es más maniobrable a velocidades intermedias. A bajas velocidades, incluso tiene las cualidades de un kart. El sistema de desmultiplicación variable de la dirección hace que el Active Steering también aumente el nivel de confort. En los modelos actuales tienen que darse tres giros al volante para que las ruedas giren hacia la derecha o hacia la izquierda hasta el tope. Con el Active Steering bastan aproximadamente dos giros del volante de tope a tope, ya que a velocidades bajas e intermedias reduce el ángulo de la dirección. Por ello, el conductor tiene que girar menos veces al maniobrar para estacionar en Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección pequeños espacios o al cruzar en calles estrechas en la ciudad. Esta ventaja es consecuencia directa de la desmultiplicación variable de la dirección. Con la adopción del Active Steering se evita en gran medida que tengan que cruzarse las manos al girar el volante conduciendo por carreteras estrechas en zonas montañosas y de curvas continuas. Mientras que los sistemas convencionales invitan a cruzar los brazos al volante al tomar las curvas, con el Active Steering las manos siempre se mantienen allí donde tienen que estar, es decir, en la posición óptima sin soltar el volante. Ello significa que en cualquier situación siempre es posible accionar las teclas de funciones múltiples y las teclas de la caja de cambios secuencial SMG. La mayor agilidad y dinamismo de la dirección Active Steering resultan evidentes en las pruebas de eslalon en un tramo marcado con conos, poniéndose a prueba la capacidad de esquivar obstáculos a bajas y medianas velocidades. Con el Active Steering, el conductor controla mucho mejor su carro, la precisión de la dirección es mayor y la fuerza que se tiene que aplicar para girar el volante es inferior en comparación con aquella que es necesaria utilizando sistemas de dirección convencionales. Al aumentar la velocidad, el Active Steering reduce el ángulo de giro del volante, con lo que la dirección es más indirecta. Simplificando puede decirse que el conductor tendría que girar más el volante que conduciendo a baja velocidad para que las ruedas giren en el mismo ángulo. De esta manera, el Active Steering atenúa los errores que con frecuencia se cometen a alta velocidad, como por ejemplo efectuar un abrupto giro exagerado del volante al sufrir un susto. Este sistema de dirección de características más indirectas a alta velocidad es, además, una premisa para la obtención de un excelente comportamiento de marcha en recta. Esta dirección permite manejar de modo más ágil y confortable, pero también contribuye a aumentar la seguridad, porque es el complemento ideal para el sistema de control dinámico de la estabilidad (DSC) desarrollado por BMW. En situaciones criticas, por ejemplo al cambiar de canal rápidamente para adelantar otro carro en la autopista, se a sobregirar (el auto traza un radio más pequeño que aquél que determina la posición del volante). Esta situación puede provocar un fuerte giro a lo largo del eje vertical, pudiéndose perder el control. En esas situaciones, el Active Steering interviene corrigiendo, ya que atenúa el movimiento de giro a lo largo del eje vertical desde el principio, logrando estabilizar el automóvil casi sin que lo noten el conductor y sus acompañantes. Ello significa que el sofisticado sistema de control dinámico de la estabilidad (DSC) de BMW tiene que intervenir menos enérgicamente. A diferencia del DSC que activa los frenos (de modo más o menos perceptible), el Active Steering sólo modifica el ángulo de la dirección y la medida correctiva casi no se percibe. Sólo cuando éste no es suficiente para estabilizar el coche, interviene el DSC.

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Dirección a las Cuatro Ruedas Se describen aquí dos de las patentes de sistemas de direccionamiento a las cuatro ruedas. La primera es un sistema totalmente mecánico que no depende de la velocidad, y la segunda un sistema electro–hidro–mecánico en el que se tiene en cuenta la velocidad del vehiculo.

Honda En el sistema de la compañía Honda, el ángulo girado por las ruedas traseras está exclusivamente determinado por el ángulo girado por el volante. Sin embargo, el mecanismo es tal que, para pequeños giros del volante, las ruedas traseras se mueven en la dirección de las delanteras, y en sentido contrario para giros mayores. El sistema consigue, indirectamente, el funcionamiento deseado. Esto es así porque para velocidades pequeñas los giros del volante suelen ser grandes, mientras que para velocidades grandes los giros son pequeños. La relación entre los giros de las ruedas delanteras y traseras, así como un esquema del mecanismo, se muestran en la Figura 2.23. La timonerilla delantera es similar a la de los vehículos con dirección a dos ruedas. En la cremallera delantera engrana un segundo piñón conectado a un árbol que transmite el movimiento de giro a la caja de la dirección trasera. En la caja trasera se conecta el árbol con la barra de acoplamiento del mecanismo de 6 barras trasero. La conexión se realiza a través de un planeta excéntrico para conseguir la relación de ángulos deseada.

Sistema mecánico de guiado trasero.

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Estudio y Verificación de la Dirección Mazda La compañía Mazda ha patentado un sistema electro–hidro–mecánico para direccional las ruedas traseras en función de la velocidad. La relación entre el ángulo girado por las ruedas delanteras y el girado por las traseras depende de la velocidad. La ley de guiado se muestra en la Figura 3.26. El esquema del dispositivo se muestra en la Figura. Se trata de un sistema con dirección asistida en los ejes delantero y trasero. La válvula que controla el paso de fluido a presión a cada lado del cilindro trasero está gobernada por el giro del volante y por un motor eléctrico que recibe señal del sensor de velocidad. En la cremallera delantera se engrana un segundo piñón que transmite el giro al brazo articulado de apertura de la válvula trasera. El motor eléctrico controla la posición del yugo sobre el que oscila este brazo. En la Figura puede verse que la posición del yugo determina, no sólo el valor del desplazamiento de la válvula, sino también el sentido.

Sistema hidro–mecánico con control electrónico.

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GEOMETRÍA DE LA DIRECCION INTRODUCCION Al estudiar el sistema de suspensión y el sistema de dirección de un automóvil, se observará que ambos están relacionados, y en la mayoría de los casos dependen el uno del otro. El sistema de dirección permite al conductor dirigir el vehículo hacia el lugar deseado. El sistema de suspensión mantiene las ruedas en posición, estableciendo la relación de las mismas con el vehículo y la vía de conducción. Si se presenta algún defecto tanto en la suspensión como en el mecanismo de dirección el resultado puede ser la causa de muertes. Al considerar la calidad y el estado físico de los componentes de la suspensión y el sistema de dirección, la seguridad debe ser siempre un factor determinante.

TRAYECTORIA TEÓRICA DE UN VEHÍCULO SIN DERIVA

Huellas de las cuatro ruedas en el caso ideal de ausencia de deriva y con centro instantáneo de rotación en la prolongación del eje trasero. La circunferencia mayor corresponde a la rueda delantera exterior.

TRAYECTORIA REAL DE UN VEHÍCULO CON DERIVA El vehículo subvirador es aquel en que la deriva delantera es mayor que la trasera. Su comportamiento es análogo al de un vehículo neutro con pequeñas derivas: es decir, tiene el eje delantero siempre sometido a valores elevados de la fuerza centrífuga, y las trayectorias de las ruedas delanteras son siempre exteriores respecto a las traseras. Respeto al vehículo neutro recorre, a igualdad de ángulo de giro, una trayectoria mucho más ancha y, como los vehículos neutros, requiere entrar en las curvas virando con cierta anticipación y con un elevado ángulo. Esto es lo que se hace normalmente con los vehículos de tracción delantera. El comportamiento subvirador es considerado por los técnicos como el más natural y seguro en la conducción media, pues requiere solamente una corrección instintiva, como la de cerrar más la curva si la trayectoria resulta demasiado exterior. Además, permite una cierta libertad de maniobra, puesto que si se deja ligeramente el acelerador, el comportamiento puede, como máximo, llegar a ser neutro, evitando sorpresas desagradables, En un Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección vehículo neutro, especialmente si está equipado con neumáticos convencionales, con grandes derivas, la curva resulta igualmente retrasada, pero las ruedas traseras pueden encontrarse más exteriores provocando un trompo cuando se intente cerrar la curva accionando la dirección. El vehículo sobrevirador es aquel en que la deriva trasera es mayor que la delantera. En este caso, el centro instantáneo de rotación se traslada a un punto muy próximo al vehículo. Por tanto, la curva se cierra gradualmente durante la fase permanente, aunque el conductor mantenga quieto el volante, los neumáticos traseros deben soportar una mayor fuerza centrífuga: esto aumenta su deriva y desplaza nuevamente hacia delante el centro instantáneo de rotación. De esta manera, se crea una reacción en cadena que encuentra su equilibrio solamente cuando la elevada fuerza centrífuga, que se ha acumulado en la parte trasera, se descarga en un trompo. Trayectorias reales

Comportamiento durante la fase permanente de tres vehículos que viran en el mismo ángulo, pero que poseen derivas diferentes. El vehículo está esquematizado con dos ruedas solamente, en color rojo las trayectorias delanteras y en azul las traseras.

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Trayectoria del vehículo estable ideal

En rojo están marcadas las ruedas delanteras, y en amarillo están trazadas sus trayectorias; en verde están indicadas las ruedas traseras, mientras que su trayectoria está señalada con una línea negra. Este gráfico muestra las trayectorias seguidas por las ruedas de un vehículo con derivas nulas. Las ruedas delanteras realizan un arco de circunferencia más exterior, más corto y con un radio mayor. Las ruedas traseras siguen una trayectoria cada vez más interior con los radios mayores, y en la fase permanente recorren un arco de circunferencia con radios menores. En ausencia de derivas, las ruedas traseras no podrían alinearse con las delanteras, teóricamente, pero sería necesario un leve giro en sentido contrario.

ANGULOS FUNDAMENTALES DE ALINEACION PROPOSITO DE LA ALINEACION DE RUEDAS Una correcta alineación consiste en balancear todas las fuerzas por fricción, gravedad, fuerza centrífuga e impulso mientras el vehículo se desplaza. Todos los componentes de la suspensión y del sistema de dirección deben de conformar y ser ajustados de acuerdo a especificaciones prescritas. La combinación de todas estas especificaciones en un vehículo se conoce como alineación. Una alineación apropiada logrará que el vehículo al desplazarse lo haga suavemente, las ruedas mantengan agarre apropiado al pavimento y en línea recta o curva mantenga buena estabilidad. También eliminará fricción innecesaria con el pavimento, lo cual causa desgaste anormal en las llantas. Es necesario entender los principios básicos de la geometría de un vehículo automotriz para comprender los procedimientos empleados durante el proceso de alineación. Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección La alineación de las ruedas se realizará después y sólo entonces de haber llevado a cabo una minuciosa verificación de los componentes del vehículo poniendo en práctica las reparaciones que hayan aparecido como necesarias. El estado de los componentes de la suspensión y la alineación de las ruedas tienen una total dependencia entre sí, ya que: A. Los componentes de la parte anterior no funcionarán correctamente y no tendrán la duración normal, a menos que estén alineados con precisión. B. La precisión lograda en una buena alineación desaparecerá en el momento que se utilice el vehículo, si los componentes de la suspensión y el mecanismo de la dirección están demasiado flojos para mantener la alineación dentro de las especificaciones exigidas por el fabricante. En resumen, el buen funcionamiento de los componentes de la suspensión y el mecanismo de la dirección dependen de una buena alineación, y una buena alineación depende de componentes en buen estado.

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ANGULOS FUNDAMENTALES DE ALINEACION Los ángulos fundamentales de alineación,están incluidos en el diseño del vehículo con el objeto de distribuir convenientemente el peso sobre las ruedas, facilitar la dirección, y obtener la condición óptima de desplazamiento.

Los ángulos fundamentales de alineación y las líneas a que estos están referenciados son los siguientes: 1. CASTER (Ángulo de avance del pivote) 2. CAMBER (Ángulo de caída) 3. TOE (Ángulo de convergencia o divergencia) 4. SAI / KPI (Inclinación del eje de dirección) 5. ÁNGULO INCLUIDO (SAI ± Camber) 6. ÁNGULOS DE RADIO DE GIRO (Divergencia en virajes) 7. SET BACK (Diferencia coaxial de ejes) 8. SCUB RADIUS (Radio de pivoteo) 9. ÁNGULO DIRECCIONAL (Ángulo direccional de eje trasero) 10. LÍNEA CENTRAL DEL VEHÍCULO 11. LÍNEA GEOMÉTRICA CENTRAL 12. LÍNEA DIRECCIONAL DEL EJE TRASERO 13. CRADLE ADJUSTMENT 14. VERTICAL (La vertical natural) 15. PARALELISMO TOTAL

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CASTER (Angulo de salida) Esta formado entre la vertical del vehículo y el eje de pivote respecto al plano longitudinal del vehículo. Su función consiste en colaborar con el ángulo de salida (de pivote) en el retorno de las ruedas y mantener la trayectoria del vehículo y su estabilidad

El caster es computado por la relación de cambio de camber en un giro pre-establecido de las ruedas delanteras, mayor precisión se obtiene cuando el giro es simétrico en relación a la línea direccional del eje trasero.

FUNCION Proporcionar estabilidad direccional y facilitar la dirección. El caster positivo, al proyectar hacia adelante el eje geométrico de giro y establecer el punto de carga adelante del punto de contacto de la rueda sobre el pavimento, imparte a las ruedas la tendencia a mantenerse orientadas con la fuerza direccional del vehículo, aproximadamente hacia adelante.

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Estudio y Verificación de la Dirección El fenómeno conocido como “Caster Dinámico” se produce cuando el vehículo está equipado con llantas con flexión lateral de magnitud considerable o los neumáticos a baja presión. El caster, a pesar de que es un ángulo crítico para el control, no es un ángulo de desgaste de

llantas. Observemos que el punto más alto de la trayectoria no se encuentra en la posición de línea recta, sino que corresponde a una posición ligeramente girada hacia el interior. Bajo el efecto del peso del vehículo, la rueda tiene tendencia a tomar esta posición. Es imperativo obtener un valor igual en ambos lados. En caso de ángulos diferentes, se crea un desequilibrio, el vehículo “tira” hacia el lado en que el ángulo de avance es menor.

Los efectos de un caster incorrecto son los siguientes: INSUFICIENTE: a- Reduce la estabilidad direccional a alta velocidad. b- Reduce el esfuerzo direccional requerido a baja velocidad. EXCESIVO: a- Aumenta la estabilidad direccional a alta velocidad. b- Aumenta el esfuerzo direccional requerido a baja velocidad. c- Puede causar vibraciones a alta velocidad. DESIGUAL: Puede crear una marcha errática del vehículo, tirantez hacia un lado y ocasionar un defecto de tracción bajo condiciones rigurosas de frenado. La máxima diferencia permisible es de ½° lado a lado.

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CAMBER (Angulo de caida) Es el formado entre la horizontal del vehículo y el eje portamangueta. Determina el ángulo de las ruedas en el suelo. Según la construcción de la suspensión será: • Positivo: si las ruedas convergen hacia el suelo. • Nulo: si las ruedas están paralelas. • Negativo: si las ruedas convergen en la parte alta de la carrocería (contra carrozado). Este caso suele darse en coches de gran potencia o de competición. En la figura podemos ver que la caída es positiva

en los vehículos actuales el angulo de caida es bajo, la caida tiende a que la rueda se desvie del lado de su inclidacion.

Las manguetas (M) no son horizontales están ligeramente inclinadas hacia abajo, formando un ángulo (C) con la horizontal (H), en el plano transversal, llamado de caída. El ángulo de caída es (C). Viene a tener un valor medio de 1º. Con esta cota se consigue reducir el esfuerzo que se debe aplicar en la dirección en el momento de orientar las ruedas. Pablo Guimarey Álvarez

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Estudio y Verificación de la Dirección Por otra parte las ruedas tienden a conservar la rueda apretada hacia el eje, como indican las flechas (A), evitando que se salgan, a la vez que se adaptan mejor al bombeo de la carretera. Con ángulo positivo se reduce el desgaste de los elementos de la dirección y se facilita su manejo.

El camber de las ruedas delanteras es medido con precisión cuando las ruedas están orientadas paralelas a la línea direccional del eje trasero.

FUNCION Distribuir el peso del vehículo sobre la superficie de las llantas para evitar el desgaste desigual en las mismas.

Determinada magnitud de camber positivo es generalmente incluído en vehículos en reposo con el objetivo de contrarrestar tendencias a crear camber negativo mientras que el vehículo está en movimiento debido a la curvatura de las carreteras, peso de los ocupantes, fuerzas creadas por condiciones de superficie de carreteras y otros factores de la geometría de la suspensión. El propósito es lograr “cero camber” de promedio con el vehículo en movimiento. Con el vehículo en movimiento el “camber estático” variará en función del peso (ocupantes y carga) y condiciones del cambio debido al sistema de suspensión independiente del tren delantero. La variación del camber es lograda con el desplazamiento, hacia afuera y hacia adentro de la parte superior de las ruedas mientras se mantiene la parte inferior equidistante una de otra para evitar fricción por resbalamiento. Un desgaste excesivo del borde de las ruedas es generalmente atribuido a ajustes impropios del camber. Dado a que con el camber mal ajustado y la rueda desplazándose en línea recta, el lado hacia el cual existe la inclinación tiende a desplazarse más de prisa y a recibir mayor proporción del peso del vehículo. Se recomienda mantener el camber dentro de ¼° lado a lado. Camber desigual, lado a lado causa tirantez hacia el lado más positivo.

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JAUNCE Cuando una rueda se mueve hacia arriba en relación con el vehículo, la parte superior se inclina ligeramente hacia afuera, aumentando el Camber, en la mayoría de los vehículos modernos. Este movimiento se conoce como “Jaunce Travel”. REBOUND (rebote)Cuando una rueda se mueve hacia abajo en relación con el vehículo, la parte superior de la rueda se inclina hacia adentro, el camber, este movimiento se conoce como “Rebound” (rebote).

LINEA CENTRAL DEL VEHICULO

Línea central del vehículo es la línea de centro longitudinal. LINEA GEOMETRICA CENTRAL - Es la línea creada conectando los centros o mitades de los ejes traseros y delanteros

LINEA DIRECCIONAL DEL EJE TRASERO Línea direccional es la bisectriz del ángulo de convergencia total del eje trasero.

ANGULO DIRECCIONAL Angulo Direccional es el angulo entre la linea de fuerza direccional, del eje trasero y la linea geometrica central.

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TOE (Convergencia-Divergencia) Tradicionalmente el “TOE” ha sido definido como la diferencia de la distancia o separación entre la parte anterior y la parte posterior de las ruedas delanteras medida a la altura del eje. (Esta definición es aplicable a las ruedas traseras de igual manera.

Los planos verticales determinados por las ruedas delanteras no son paralelos, sino que convergen (C) hacia el frente en los coches de propulsión trasera y divergen (D) en los de tracción delantera (fig. 21). Con estas cotas se consigue compensar la tendencia de las ruedas delanteras a abrirse durante la marcha en los vehículos de propulsión y a cerrarse en los de tracción.

TOE-IN [ CONVERGENCIA] TOE-OUT [DIVERGENCIA Se denomina “Toe-In” (Convergencia) cuando la distancia entre la parte anterior de las ruedas es menor que la posterior. Se denomina “Toe Out” (Divergencia) cuando la distancia entre la parte anterior de las ruedas es mayor que la posterior. Generalmente el “TOE IN” y el “TOE OUT” se conoce como convergencia positiva y negativa respectivamente. Avances técnicos logrados por los fabricantes de equipos de alineación han permitido medir con precisión la orientación de cada una de las ruedas de un vehículo en relación a la geometría total, originándose así el sistema Trust Line o de alineación total del vehículo. Los vehículos con tracción trasera necesitan que las ruedas sean convergentes para eliminar la resistencia a la rodadura de las ruedas delanteras, ya que tienden a abrirse. En los de tracción delantera, al ser el efecto al revés, las ruedas tienden a cerrarse y hay que regularlas para que sean divergentes. Cuando la convergencia es media en grados ( es decir como valor angular) para obtener el valor en mm. Debe tenerse en cuenta el diámetro de la llanta según la siguiente relación.

2. ∝.D.π π

donde D es el diámetro de la llanta en mm

Convergencia (mm)= 360º Pablo Guimarey Álvarez

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En la figura puede observarse como con el mismo valor angular (+) la convergencia dada por la diferencia (B-A) es mayor para una llanta de 16” que para una de 10”. La convergencia de la ruedas viene establecida por el fabricante a un valor tal, que circulando en condiciones normales de uso del automóvil, sea un valor cercano a cero. Bajo el efecto de la carga que deforma los paralelogramos de la suspensión, el efecto de la resistencia ofrecida por la carretera al avance del vehículo, la convergencia puede ser modificada notablemente. A grandes rasgos puede deducirse para vehículos con suspensión independiente que:
Las ruedas no motrices tienen una convergencia positiva con el vehículo parado.
Las ruedas motrices tienen una convergencia negatiova con el vehículo parado. Convergencia en mm = Deriva en m/km x diámetro de llanta en mm. La introducción de nuevos equipos de mayor poder de diagnóstico y medición de ángulos de alineación ha creado la necesidad de redefinir viejos conceptos e introducir algunos nuevos para poder explicar la interdependencia de todos los ángulos de la geometría total de la suspensión de un vehículo. Nuevos conceptos relacionados con el “TOE” (Convergencia) son expresados a continuación:

TOE FRONTAL INDIVIDUAL. El “Toe” frontal individual es el ángulo formado por una línea horizontal que pasa por el plano diametral de una rueda delantera y la “Línea Direccional” del eje trasero.

TOE TOTAL FRONTAL“Toe” frontal es la suma del “Toe” individual de las ruedas delanteras. bsp;

TOE INDIVIDUAL TRASERO nbsp; El “Toe” individual trasero es el ángulo creado por una línea horizontal que pasa por el plano diametral de una rueda trasera y la “Línea Geométrica Central”. TOE TOTAL TRASERO “Toe” trasero total es la suma del “Toe” individual de las ruedas traseras. La magnitud de “Toe” es expresada en una de las cuatro formas siguientes: a. Medida angular expresada en grados, relacionada a la Línea Geométrica Central o a la Línea Direccional (Convergente +, Divergente -). b. Medida lineal, expresada en pulgadas o mm relativa a la diferencia de las distancias entre la parte anterior y posterior de las ruedas, medida a la altura del eje (Se asume un diámetro de rueda de 28.648”). c. Medida lineal, como en B pero expresada en mm y usando el borde de la rueda metálica o “rim” como punto de referencia para las mediciones.

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FUNCION Determinada magnitud de ángulo de toe es generalmente incluído en un vehículo en reposo para contrarrestar las fuerzas tendientes a alterar el toe cuando el vehículo está en movimiento, con el objeto de que las ruedas se mantengan lo más paralelas posible cuando el vehículo se desplaza, evitando así la fricción excesiva que puede causar desgaste prematuro. El desgaste ocasionado por un desajuste de “Toe” de 1/8” equivale a un arrastre lateral de 11 pies por cada milla recorrida (3.35m. por cada 1.6 Km). Cambios en la altura de la suspensión pueden afectar las medidas de “Toe.”

S.A.I. /KPI (Angulo de salida o de Pivote) Radio de pivotamiento es la distancia lateral entre el punto donde la prolongación del eje de pivotamiento corta al suelo (B) y el punto central del dibujo del neumático (A). Si el eje de pivotamiento corta el suelo en la parte interior del dibujo de rodadura del neumático se dice que el radio de pivotamiento es positivo. Si por el contrario, el eje de pivotamiento cruza la vertical del neumático y el corte con el plano del suelo se produce más allá de la banda de rodadura del neumático decimos que el radio de pivotamiento es negativo. El ángulo de pivote es el formado entre la vertical del vehículo y el eje del pivote. El ángulo se encuentra inclinado y convergente con la zona alta de la carrocería. Su misión es la de obligar a las ruedas a retomar la línea recta (direccionalidad) después de curvas y virajes.

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Estudio y Verificación de la Dirección Imaginemos que pudiéramos hacer pivotear 180º la rueda, lo que se representa a la derecha del dibujo define la posición del buje. Observemos que el eje del buje se encuentra a la misma distancia del suelo con respecto a su posición inicial, las alturas H son idénticas.

el angulo de este tren delantero reduce la cota de salida. P : angulo de pivote Imaginemos la experiencia anterior, observamos que el eje del buje se acerca al suelo, las alturas H y h son diferentes. En esta nueva posición, la rueda deberia penetrar en el suelo, al no ser esto posible, este movimiento origina una elevación de la carrocería en este lado. Dejamos libre el pivotamiento de la rueda; bajo el efecto del peso de la carrocería, el buje toma la posición mas alta H, la cual corresponde a la posición de la linea recta. El angulo de pivote participa en el retorno de la rueda a la linea recta. Los angulos de pivote deben ser iguales para un equilibrio correcto.

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FUNCION El SAI/KPI contribuye a lo establecido de la dirección por la tendencia que imparte a las ruedas a recuperar la posición recta hacia adelante y disminuye la acción de las imperfecciones del camino sobre el volante. Este ángulo permite el uso de caster menos positivo para lograr facilidad de conducción mientras mantiene la estabilidad direccional.

CONCEPTO DE SALIDA La distancia del suelo que separa el plano medio vertical de las ruedas delanteras se llama via. La distancia del suelo que separa el plano medio vertical de una rueda y el eje de giro se llama SALIDA (d). El valor de la salida debe ser pequeño y el mismo en ambos lados. Por ejemplo, si la rueda encuentra en su camino irregularidades del suelo, el par que se engendra no debe ser muy grande para evitar giros parasitos.

El resultado práctico conseguido con esta cota es dar estabilidad a la dirección y ayudar al conductor a restablecer la posición del volante después de un giro, posición que puede recobrarse sin su intervención, si la dirección es semi-reversible. El valor del ángulo de salida está comprendido entre 5º y 10º, siendo su valor más utilizado 5º. Con el ángulo de salida se consigue: o o o

Reducir, en el volante, el esfuerzo a realizar para orientar las ruedas. Dar estabilidad. Hace que las ruedas colaboren con la cota de avance para que vuelva la dirección a su posición inicial.

El esfuerzo será máximo cuando el pivote esté paralelo (sin formar ángulo). El esfuerzo será mínimo cuando la prolongación del eje del pivote pase por el punto de apoyo del neumático y no exista brazo resistente, entonces la dirección sería inestable.

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Estudio y Verificación de la Dirección Si el neumático tiene menor presión de lo normal, aumenta el brazo resistente, aumentando la estabilidad en la dirección pero es necesario realizar mayor esfuerzo para orientar las ruedas Salida positiva La salida puede ser reducida por :
Una inclinación de la llanta.
Una inclinación del pivote La salida situada por fuera del eje del pivote es llamada : “positiva”. Bajo el efecto de una fuerza, la rueda tiene tendencia a girar hacia el exterior.

Salida negativa La salida situada por dentro del eje de pivotamiento es llamada : “negativa”. Bajo el efecto de una fuerza, la rueda tiene tendencia a girar hacia el interior.

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ANGULOS DE RADIO DE GIRO [DIVERGENCIAS EN VIRAJES] Ángulo de Radio de Giro es la magnitud de la diferencia entre el ángulo adquirido por las ruedas en virajes. El diseño de los brazos de dirección establece este ángulo.

FUNCION El correcto radio de giro permite a las ruedas delanteras rodar sin arrastre en virajes, evitando desgaste y chirridos, para medir este ángulo con precisión se requiere que la convergencia esté ajustada de acuerdo a especificaciones. Diferencia mayor de 1 ½ lado a lado en las especificaciones indican torceduras o defectos en el brazo de dirección, lo que requiere remplaz.

SET BACK [DIFERENCIA COAXIAL DE EJES DELANTEROS] Tradicionalmente se ha conocido el “Set Back” como el retraso de rueda delantera, o sea, la magnitud de distancia que una rueda está atrasada con relación a la opuesta. Esta definición de “Set Back” propuesta con el objeto de explicar la dificultad presentada al tomar lectura de “Toe” con equipos de medición transversal no cubre la totalidad de los factores que pueden determinar el grado de “Set Back” presente en el vehículo.

Con el objeto de explicar el “Set Back” o diferencia coaxial de ejes delanteros causada por desviaciones del eje trasero se ha definido el “set back” como el ángulo formado por la “línea geométrica central” o la “línea direccional del eje trasero” y la perpendicular al promedio de los ejes delanteros. El “set back” no afecta la estabilidad del vehículo a menos que la condición sea de magnitud extrema, lo cual es generalmente el resultado de daños por accidente. Ángulos de “Set Back” de menos de 3/4° son considerados como aceptables

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SCUB RADIUS [ RADIO DE PIVOTEO] El “Scub Radius” es la distancia entre el punto efectivo de contacto de la llanta en el suelo y la proyección del eje de giro direccional en el punto de contacto al suelo. Si la proyección del eje direccional hace contacto al suelo hacia adentro de la llanta es signo positivo y es referido como “Geometría de Scub Radius Positiva.” Si el punto de contacto es hacia fuera de la llanta el signo negativo es añadido.

FUNCION En los sistemas con radio de pivoteo negativo fuerzas desiguales aplicadas sobre el mecanismo actúan hacia adentro del eje de pivoteo con tendencia a desviar al vehículo en sentido contrario evitando así el jaloneo.

CRADLE ADJUSTMENT El Cradle es un ángulo de diagnóstico, nos encontramos con vehículos que por accidentes o reparaciones (trasmisión) el encuentra descentralizado y afecta otros ángulos de la alineación como el Caster, Camber, SAI y Set Back, causando desplazamiento del vehículo, desgaste desigual de las gomas

chasis se tirantez y (llantas).

ALTURA DE LA ÚNION DE DIRECCIÓN Otro valor el cual es importante es la altura de la únion de la dirección. Si la altura de la únion de la dirección no tiene la misma altura en cada lado del vehículo, podrá causar la condición aveces llamada "Dirección agujereada". Esto significa, que mientras que el vehículo conduce sobre la calle agujereada, el ángulo de viraje puede cambiar de tal manera que podrá causar una inestabilidad en la dirección del vehículo. Cuando la distancia, D, no es la misma en la parte derecha y izquierda del vehículo, el ángulo de viraje cambiará más en una parte que la en la otra. Para controlar "Dirección agujereada", el ángulo de viraje tendrá que ponerse en el ángulo dado por el fabricante, la dirección deberá estar centrada y el volante afirmado. Se podrá ver el cambio del valor del ángulo de viraje de cada rueda, empujando el chasis para abajo. Si el cambio no es simétrio o excesivo habrá probablemente una falla en la montadura de la únion del volante.

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DEFINICION DE DIAGNOSTICO DE LOS ANGULOS DE DIRECCION 1. CASTER abcd-

Ángulo crítico de la alineación Causa tirantez y desplazamiento del vehículo No debe de tener más de 1/2 grado lado a lado No causa desgaste desigual de las gomas

2. CAMBER abcd-

Ángulo crítico de la alineación Causa tirantez y desplazamiento para el lado más positivo No debe de tener más de 1/4 de grado lado a lado Causa desgaste prematuro de un solo lado de las gomas

3. CONVERGENCIA abcd-

Ángulo crítico de la alineación Causa desgaste desigual de las gomas conocido como desgaste tipo hoja de segueta Causa tirantez y desplazamiento del vehículo Se conoce como TOE-IN

4. DIVERGENCIA abcde-

Ángulo crítico de la alineación Causa desgaste desigual de las gomas conocido como desgaste tipo hoja de segueta No causa tirantez y desplazamiento del vehículo Causa consumo de gasolina Se conoce como TOE OUT

5. SAI KPI abcde-

Ángulo crítico de la alineación Inclinación del eje de dirección No debe tener más de 1 ½ grado lado a lado En casos extremos causa tirantez y desplazamiento del vehículo Es a consecuencia de:

1. Top Plate (soporte de la botella) 2. Amortiguador 3. Ball Joint 4. Pivot (shocker) 5. Brazo (plato) 6. Compacto

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6. ÁNGULO INCLUIDO a- Es un ángulo de diagnóstico b- SAI = + Camber c- Es un ángulo de reparación del vehículo cuado tiene daños ocultos en el chasis, y compacto.

7. ÁNGULO DE RADIO DE GIRO a- Ángulo crítico de la alineación b- Sucede únicamente y solamente después de realizar una alineación c- Es a consecuencia de piezas dobladas, torcidas y mal instaladas,en el sistema de dirección. d- Causa chirridos en las curvas. y desgaste prematuro de las gomas e- Posibles componentes afectados son: 1. 2. 3. 4. 5.

Terminales Zetas Center link Sleep (cana de terminales) Pivot (snocker)

8. SET BACK a- Ángulo crítico de la alineación b- Es la distancia entre eje delantero y trasero c- No debe tener más de 30 grados d- Sucede únicamente y solamente después de realizar una alineación e- Es a consecuencia del Chasis doblado o inclinado f- No causa desgaste prematuro de las gomas g- En casos extremos causa tirantez y desplazamiento del vehículo

9. LÍNEA GEOMÉTRICA a- Línea imaginaria que va de goma delantera a la goma trasera 10. LÍNEA GEOMÉTRICA CENTRAL a- Línea imaginaria que se desplaza desde el diferencial o tren muerto a la parte delantera del vehículo, se conoce como la línea de empuje en la máquina de alineación b- Es indicativo de tirantez y desplazamiento del vehículo c- Causa descentralización del volante

11. ÁNGULO DIRECCIONAL DEL EJE TRASERO abcde-

Ángulo crítico de la alineación Es a consecuencia de convergencia y divergencia en la parte trasera Sucede en suspensiones independientes en las 4 ruedas Causa tirantez y desplazamiento del vehículo Causa descentralización del volante

12. Línea Central a- Línea imaginaria que se desplaza por el centro del vehículo

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13. línea direccional del eje trasero abcde-

Ángulo crítico de la alineación Es a consecuencia de convergencia y divergencia en la parte trasera Sucede en suspensiones fijas (diferencial y tren muerto) Causa tirantez y desplazamiento del vehículo Causa descentralización del volante

14. SCUB RADIUS (RADIO DE PIVOTEO) a- Ángulo crítico de la alineación b- Es el contacto de la rueda con el pavimento c- Causa desgaste prematuro de las gomas en forma pareja d- Causa calentamiento excesivo en las gomas en el área del rodaje e- Esto puede causar desprendimiento del área de rodaje de las gomas. 15. LA VERTICAL (VERTICAL NATURAL) a- Posición vertical de las gomas cuando el vehículo en desplazamiento.

16. CRADLE ADJUSMENT a- Ángulo crítico de la alineación b- Es un ángulo de diagnóstico del vehículo para detectar condiciones del chasis y ángulos de alineación c- Se detecta cuando hay más de dos (2) ángulos afectados d- Se detecta cuando se remplaza una transmisión o se remplaza un sistema de racketeering.

17. PARALELISMO TOTAL a- Paralelismo total del vehículo b- Un vehículo en perfectas condiciones de alineación. PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR UNA BUENA ALINEACION 1. Probar el vehiculo en carretera – Verificar queja de cliente 2. Introducir correctamente el vehículo al banco de Alineación 3. Verificar los componentes de la suspensión 4. Verificar ruedas, presiones de aire y numeración 5. Instalar los sensores al vehículo 6. Hacer el procedimiento de compensación (run out) de los sensores a llantas y y ruedas 7. Asentar el vehículo (moverlo hacia arriba y abajo) 8. Instalar el depresor del freno 9. Nivelar y fijar los sensores 10. Realizar el procedimiento de Caster y SAI moviendo las gomas ruedas según la indicación en la máquina 11. frenar el vehículo y centralizar el volante para verificar los ángulos de Convergencia y Divergencia

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Estudio y Verificación de la Dirección DIAGOSIS DE ANOMALIAS ANGULOS DE DIRECCION ELEMENTOS

AVANCE

DEFECTOS Demasiado pequeño

• •

Menor recuperación de la dirección Flotamiento del vehículo (falta de estabilidad en la dirección)

Demasiado grande

• •

Dirección dura, inestable en curvas Recuperación muy fuerte

Repartido desigualmente Demasiado grande CAIDA (Caída +) CAIDA (Caída-)

PIVOTE ANGULO INCLUSO

Desgaste del borde exterior del neumático

Demasiado grande

Tiro hacia el lado donde el ángulo es más grande

Repartida desigualmente

Desgaste del borde interior del neumático

Demasiado grande

Tiro al lado donde el ángulo es más débil

Demasiado pequeño

• •

Dureza de dirección Recuperación fuerte

Desiguales

• •

Reacciones en la dirección Falta de recuperación

Portamangueta deformada

Variación desigualmente repartida

• •

Desgaste de 2 neumáticos Derrape

desigual

•

Desgaste del borde interior de 2 neumáticos sobre carretera llana Desgaste importante del borde exterior del neumático derecho sobre carretera peraltada circulado por la derecha Tiro hacia un lado al acelerar y hacia el otro al frenar Desgaste de un neumático

•

ALINEACIÓN

PARALELISMO

• Tiro al lado donde el ángulo es más débil • Inestabilidad en la dirección Reacciones en la dirección

Repartida desigualmente

Demasiada variación del paralelismo CALADO DE LA DIRECCIÓN

CONSECUENCIAS

Demasiada convergencia

• •

Demasiada divergencia

• •

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Desgaste del borde exterior de 2 neumáticos sobre carreteras llanas Desgaste importante del borde exterior del neumático derecho sobre carretera peraltada por la derecha

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I INSPECCIÓN DEL GRUPO DE DIRECCIÓN INTRODUCCIÓN: Por medio de la dirección de las ruedas delanteras se obliga al vehículo a tomar una dirección de marcha determinada. Por tanto, del estado de la dirección dependerá, en gran manera, la seguridad de circulación del vehículo. Si se rompe o se suelta una pieza del sistema de dirección, o se bloquea ésta, no es posible dirigir el vehículo y es difícil evitar un accidente. La dirección por lo tanto, ha de comprobarse, mantenerse, y si es necesario, repararse con gran cuidado. El grupo dirección y los elementos anexos tales como los varillajes y elementos de unión constituyen uno de los principales sistemas del automóvil que requiere una inspección periódica para mantener las garantías mínimas de conducción y estabilidad del vehículo. Es el sistema que en tercer lugar después del sistema de frenado y suspensión, condiciona en cualquier condición de marcha tanto el confort como la adaptación del vehículo a la seguridad vial, y permite garantizar los trazados correctos direccionales. Por lo tanto, para mantener una dirección en buen estado, el usuario en primer lugar debería efectuar un control mismamente exigible tal como puede ser una revisión del nivel del liquido de aceite en caso de direcciones asistidas; por su parte, el profesional reparador, en el segundo termino, como técnico que debe reparar o mantener bajo su criterio y la propia inspección finalmente que debe regular de que modo puede prever, regular e inspeccionar los vehículos de un parque móvil en unas circunstancias debidamente reguladas.

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Estudio y Verificación de la Dirección Método de inspección Para el control del sistema de dirección es necesario disponer el vehículo en un foso o elevador. Así mismo se contara con un detector de holguras de rótulas, rodamientos, etc., además de una palanca o desmontable. Se utilizara el método de inspección mecanizada (Alineadora de ruedas o Ripometro). Se utilizara el control visual para los apartados necesarios. PROCEDIMIENTO Alineación de Ruedas. Introducción Un apartado importante es el mantenimiento de la dirección es la comprobación de los ángulos de aleación de las ruedas. La geometría de dirección y suspensión es uno de los factores más importantes que condicionan la estabilidad y comportamiento de todo automóvil. Que un coche sea sobrevirador, subvirador o neutro, que sea más o menos seguro en circunstancias extremas o que sea más o menos ágil en conducción deportiva, depende realmente de un buen numero de factores y detalles técnicos. Todos estos factores, entre los que se encuentran como más importantes el tipo de tracción (delantera o trasera), el reparto de masas, los sistemas de suspensión, dirección y frenos, los neumáticos y últimamente la aerodinámica, son combinados cuidadosamente en el diseño del vehículo para lograr los óptimos resultados en cuanto a estabilidad de marcha y comportamiento general del coche. Todos y cada uno de los detalles técnicos mencionados son importantes o incluso decisivos en determinadas circunstancias, pero hay una condición que podemos decir que es básica para la mayoría de ellos. Se trata de la forma como se hallen dispuestas las cuatro ruedas del vehículo, es decir, sus características de alineación de ruedas. Contrariamente a lo que pudiera parecer, en el diseño de un automóvil, las condiciones ideales de marcha no se logran disponiendo las 4 ruedas perfectamente paralelas dos a dos, ni tampoco perpendiculares al suelo. Existen una serie de importantes motivos que afectan sobre todo a la estabilidad del coche y a la seguridad de su conducción, que hacen imprescindibles pequeñas variaciones sobre esas caracteristicas, a primera vista ideales. Estas variaciones constituyen lo que generalmente se denomina ángulos de alineación que afectan a todo tipo de automóvil. La evolución de estos ángulos de alineación está ligada al propio desarrollo del automóvil, de forma que las ideas sobre estos ángulos han evolucionado de acuerdo con los avances que día a día consigue el automóvil. El conjunto de todos estos ángulos debe permitir que la rueda se desplace sin deslizamientos laterales, deslizamientos que se comprueban con el ripómetro.

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Estudio y Verificación de la Dirección Procedimiento de inspección Con las Placas de Alineación (Ripómetro) se comprobara si la convergencia o divergencia (en su caso) de las ruedas del tren delantero está dentro de los límites. Es imprescindible para una correcta inspección, que el vehículo entre perfectamente alineado en la placa, circulando, por su propia inercia, a marcha lenta y con el volante desasido. La presión de los neumáticos debe estar dentro de los valores señalados por el fabricante. Cuando la inspección se realiza con la rueda izquierda circulando en sentido de la marcha sobre la placa, la desalineación es convergente (ln) si la placa se desplaza hacia la izquierda. Esta inspección es orientativa, debiendo ser completada por un control visual y riguroso de todos los elementos que componen el sistema de dirección y de suspensión en su caso por tratarse de sistemas íntimamente interrelacionados. Volante y columna de dirección. Mediante una inspección visual se comprobara en un foso o elevador:  Fijación del volante a la columna de dirección (no debe existir movimiento relativo entre ambos).  La ausencia de juegos en la columna de dirección.  Las holguras de las juntas cardan en los diferentes tramos de la columna de dirección.  El estado de los flectores en caso de existir.  El recorrido libre del volante (movimiento de volante sin orientación de ruedas.  Estado general. Caja de dirección. Mediante un control visual y con movimientos del volante a derecha e izquierda, se comprobara:  Que el sistema de dirección no cede en su anclaje al chasis.  Los topes de la dirección, en su caso.  Las posibles resistencias al giro.  Las posibles holguras (prestar atención a las rotulas axiales en caso de existir).

 El estado de la caja de dirección.  Existencia y estado de los guardapolvos.

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Estudio y Verificación de la Dirección Timoneria y rótulas Situar el vehículo en un foso o en un elevador y siempre que sea posible se utilizara un detector de holguras. Mediante un control visual se comprobara:  El estado de las bielas y barras de dirección.  Las holguras de rotulas y articulaciones.  Existencia y estado de los guardapolvos.  Los topes de la dirección e su caso  En su caso, el estado general y fijación del amortiguador de la dirección. Servodirección Con el motor del vehículo en marcha comprobar el funcionamiento del sistema. Mediante un control visual comprobar:  La existencia de fugas.  Fijación de la bomba y canalizaciones.  El estado de la bomba y canalizaciones y, en su caso, cilindros de ayuda.  El nivel de fluido

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Estudio y Verificación de la Dirección REFORMAS DE IMPORTANCIA

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Estudio y Verificación de la Dirección GOLPETEO EN DIRECCIÓN. Causa.Incorrecta alineación ruedas delanteras. Solución: Cuando la alineación de las ruedas no es la prescrita, estando abiertas o cerradas en exceso, al rodar a partir de cierta velocidad provocan reacciones que se reflejan en la dirección. Proceder a efectuar el paralelo correcto. Causa.Ruedas desequilibradas. Solución: Cuando las ruedas directrices no han sido bien equilibradas, o han perdido contrapesos, a partir de cierta velocidad, producen un golpeteo o vibración en la dirección particularmente molesta. Un correcto equilibrado, mejor con las ruedas puestas en el coche, lo corregirán. Causa.Holgura en las rótulas de la dirección. Solución: Cuando el golpeteo se acompañe de holgura en la dirección, debe revisarse el estado de las rótulas. Si presentaran holgura excesiva, deben ser sustituidas de inmediato, pues de llegar su rotura pueden dar lugar a un accidente grave, por pérdida del control sobre el vehículo. Causa.Holgura en la caja de la dirección. Solución: Los síntomas son parecidos al caso anterior: Holgura en la dirección que se traduce en golpeteo cuando se camina sobre pavimento irregular. Aproximar el tornillo sin fin al sector helicoidal hasta dejarla en los valores correctos, actuando sobre el tornillo y chapa para el reglaje. Causa.Errónea regulación de los rodamientos de las ruedas delanteras. Solución: Si la regulación de los cojinetes cónicos no es correcta, estando muy atacados, en cuyo caso la rueda se frena, o quedando demasiados sueltos, permitiendo que la rueda cabecee, esa oscilación produce golpeteo en la dirección. Realizar el ataque de los cojinetes con arreglo a las especificaciones.

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