Dirección eléctrica automotriz

La dirección del automóvil ha venido evolucionando con el paso del tiempo, en la actualidad los vehículos vienen equipados con direcciones gestionadas por un sistema electrónico que permite un tacto más suave en el volante, a niveles superiores a los que puede otorgar una dirección asistida por sistema hidráulico.

En esta entrada vamos a conocer como es el funcionamiento, las partes y los montajes más utilizados por los fabricantes.

Funcionamiento de la dirección eléctrica

El conductor controla la trayectoria del automóvil por medio del volante. La dirección mecánica tradicional transfiere la fuerza aplicada al volante hasta un piñón por medio de la columna de dirección, este piñón se desliza sobre una cremallera para transformar el movimiento de rotación en movimiento lineal a izquierda o derecha según necesite el conductor.

Considerando que la fuerza para generar el movimiento provenía directamente de los brazos del conductor se pasó a un sistema que facilitara esta operación, a través de la asistencia hidráulica; en la actualidad este sistema es asistido por un motor eléctrico y una unidad de control que permite gestionar el par y el movimiento en virtud de las necesidades de la conducción.

Unos sensores electrónicos recogen información sobre la posición del volante (ángulo de giro que tenemos) y la velocidad del vehículo y, en base a eso, un motor eléctrico aplica un par de asistencia, que varía permanentemente, en función del esfuerzo que el conductor esté ejerciendo desde el volante.

Con la información necesaria recogida, la unidad de potencia produce una corriente eléctrica correspondiente al par calculado. Esta carga eléctrica hace moverse al motor eléctrico, que acciona una reductora (corona + tornillo sinfín) y esta, a su vez, mueve la cremallera de la dirección provocando una fuerza que se traduce en el movimiento que desplazará las ruedas hacia un lado u otro.

Las direcciones eléctricas las podemos clasificar en 3 grupos, a continuación describiremos cada uno de ellos y explicaremos sus particularidades.

• Columnas eléctricas
• Cremalleras eléctricas
• Bombas electrohidráulicas

Columna eléctrica – EPS automotriz

Las columnas eléctricas o electrónicas (EPS) constan de un motor eléctrico acoplado a la columna de dirección mediante un sistema de corona / tornillo sinfín. Este motor va gestionado a través de la unidad de control,  la cual mediante la información de unos sensores, hace actuar al motor en función de la necesidad del conductor.

Componentes sistema EPS automotriz

Unidad de control UCE: Se encarga de gestionar el correcto funcionamiento del motor eléctrico a través de las señales recibidas del propio motor, del sensor de par, del sensor de ángulo y de la UCE motor. A través de dichas señales la UCE decide hacia qué lado gira el motor y el par con lo que lo hace.

La UCE informa a la unidad de dirección que el motor térmico está en marcha, para que ésta se ponga en funcionamiento. También la informa de la velocidad a la que va el vehículo para que esta reduzca la potencia con la que trabaja el motor eléctrico de la dirección.

Motor: La mayor parte de los motores de las columnas eléctricas son motores brushless, es decir motores sin escobillas. Estos motores internamente llevan una pequeña placa con unos sensores, los cuales indican a la centralita electrónica la velocidad y la dirección en la que está girando el motor.

El Sensor de Par: Principalmente existen 3 tipos de sensores de par, los resistivos, los inductivos, y los de efecto hall, pero el fin de todos ellos es el mismo, indicar a la Unidad de control UCE  hacia qué lado está moviendo el conductor el volante y la fuerza con la que lo mueve.

Realmente son dos sensores, el sensor de par principal y el sensor de par secundario, esto sirve para validar la señal, es decir la señal de par principal debe tener concordancia con la secundaria sino la UCE entiende que el sensor está mal y deja de hacer funcionar el motor dejando la dirección eléctrica únicamente como mecánica.

Sensor de Ángulo: Hay columnas que llevan este sensor y otras que no lo llevan por qué no lo usan para su funcionamiento. Normalmente va situado o en la propia columna con el sensor de par, o debajo del volante donde va el contactor giratorio del airbag.

Las columnas que lo llevan lo usan para saber cómo están las ruedas, es decir si están en posición recta, o hacia algún lado. De esta manera cuando el conductor suelta el volante después de un giro ayuda a que la dirección retorne a 0, posición de ruedas rectas.

Cremallera eléctrica – EPSR

La cremallera de dirección eléctrica o electrónica (EPSR) es básicamente igual a una columna de dirección eléctrica (EPS) , con la diferencia de que el motor eléctrico en lugar de estar en la columna se encuentra situado en la cremallera.

El funcionamiento de las cremalleras electrónicas es exactamente igual al de las columnas eléctricas. Ambas tiene un sensor de par, en el caso de las cremalleras va situado en el piñón de entrada. También puede tener un sensor de ángulo con el mismo fin que en las columnas, aunque este va también situado en la cremallera junto con sensor de par o debajo del volante.

El motor eléctrico también suele ser brushless (Sin escobillas) y va comandado igual que el de las columnas. Este motor puede ir ubicado atacando directamente a la cremallera a través de una corona y un sinfín o un piñón y una correa; o puede atacar al piñón de entrada a través de una corona y un sinfín.

La unidad de control necesita las mismas señales de la UCE motor que en el caso de las columnas, y actúa de la misma manera en caso de detectar algún fallo de funcionamiento en alguno de los componentes del sistema.

Bombas electrohidráulicas – EHPS

Este tercer sistema es básicamente igual al sistema de una dirección asistida hidráulica, la diferencia es que la bomba en lugar de ser movida por el motor es movida por un motor eléctrico.

Dentro de las bombas electrohidráulicas podemos hacer dos grupos:

• Las bombas eléctricas.
• Las bombas electrónicas.

Parece lo mismo pero hay una gran diferencia.

Bombas eléctricas: consiste en acoplar un motor eléctrico de escobillas a una bomba hidráulica. Este sistema no lleva ningún tipo de regulación, es decir, cuando el motor se pone en marcha se activa la bomba a través de un relé y gira a un régimen constante indiferentemente si el conductor mueve o no la dirección o la velocidad del vehículo.

Bombas electrónicas: este sistema se parece al anterior, pero es gestionado electrónicamente por la unidad de control, la cual decide la velocidad a la que gira el motor de la bomba en función de la velocidad del vehículo y si el conductor mueve o no el volante.

Esta unidad necesita las siguientes señales:

• Funcionamiento motor térmico: esta información suele ser proporcionada por la unidad de motor o por la señal de carga del alternador y la utiliza para poner en marcha la bomba.
• Velocidad del vehículo: esta información normalmente es proporcionada por la unidad de motor. Con esta señal la centralita determina el régimen al que debe girar la bomba, a mayor velocidad de vehículo menor régimen de bomba y viceversa.
• Sensor de ángulo o de velocidad angular: esta señal indica la velocidad con la que se está moviendo el volante. A mayor velocidad angular (mayor velocidad al mover el volante) mayor régimen de bomba para aumentar el caudal aceite.

Al igual que en los otros sistemas de direcciones eléctricas, cuando la centralita detecta algún fallo de funcionamiento de alguno de sus componentes esta para la bomba o la pone en estrategia disminuyendo o perdiendo toda la asistencia.

Ventajas y desventajas de la dirección eléctrica

Ventajas

• Reducción de consumo energético debido a que solo consumen cuando se activan
• Menos ruidos
• En el caso de las cremalleras y columnas eléctricas se eliminan las tuberías, distribuidor, bomba de presión y las averías que podían ocasionar.
• Reducción de tamaño y peso.

Desventajas

• No se pueden aplicar a todo tipo de vehículos
• A mayor tamaño del vehículo mayor son las ruedas y por lo tanto mayor es el esfuerzo
• Inviable dependiendo del tamaño

Síntomas de fallo en la dirección

El concepto de sistema de dirección de un coche se basa en que los distintos componentes mecánicos del vehículo ayudan al conductor a realizar acciones con precisión. Cuando este sistema empieza a fallar, la estabilidad del vehículo se ve seriamente comprometida y se pierde la seguridad que debería garantizar la protección de los ocupantes.

Estos son algunos síntomas que pueden indicar un problema con el sistema de dirección:

• Durante una maniobra, el volante no ejecuta la maniobra con la precisión requerida (no depende de las condiciones del terreno y no provoca movimientos bruscos de la dirección).
• El funcionamiento del sistema no es ni cómodo ni fácil. La necesidad de realizar movimientos bruscos o forzados puede ser una señal de que el sistema no funciona correctamente.
• Si las ruedas no hacen el movimiento deseado al girar el volante, o si hacen un movimiento exagerado.
• Si escucha ruidos o nota movimientos molestos durante el funcionamiento.

Si nota estos u otros síntomas, debe ponerse en contacto con un taller para diagnosticar el problema. Este diagnóstico debe ser realizado por un taller calificado. Además, sus componentes deben ser analizados regularmente (preferiblemente como parte de las revisiones recomendadas por el fabricante).

Por último, hay que prestar atención al desgaste de los distintos componentes mecánicos del mecanismo de dirección del vehículo. El mecanismo de la dirección es uno de los componentes más utilizados del vehículo y, por lo tanto, está sujeto a un desgaste que debe ser revisado. Si no se comprueba el desgaste, puede provocar graves fallos y poner en peligro la seguridad del conductor, los pasajeros y otros usuarios de la carretera.

Por lo tanto, primero hay que comprobar la seguridad del sistema. Por lo tanto, los componentes deben ser analizados regularmente y el vehículo debe ser llevado al taller más cercano para su inspección.

El segundo factor es garantizar que, al maniobrar, las ruedas realicen el movimiento con la precisión requerida, sin verse influidas por las condiciones del terreno (y, por supuesto, que esto no provoque movimientos violentos de la dirección).

La conducción debe ser cómoda y fácil, sin movimientos forzados ni girar el volante más que las ruedas (la presión del aire también influye).

Por último, asegúrese de que las piezas responsables de la estabilidad de la dirección están desgastadas de manera uniforme, ya que trabajan juntas, por ejemplo, compruebe que los neumáticos están desgastados de manera uniforme y no sólo en un lado. Esto suele indicar un problema de alineación. Si el desgaste se produce en el centro o en ambos lados al mismo tiempo, el problema suele ser la presión de los neumáticos.

Sigue leyendo: Tipos de dirección asistida