Sistemas de dirección del automóvil

Es un conjunto de mecanismos que tienen la finalidad de orientar las ruedas delanteras (directrices) para que el conductor sin ningún esfuerzo pueda hacer girar el automóvil, para tomar el camino deseado.

El conductor controla la trayectoria del automóvil por medio del volante. En sus inicios era una pieza rígida la que realizaba esta operación, hoy en día en un conjunto de piezas de menor tamaño que pueden doblarse en caso de un accidente.

Funcionamiento

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 le conductor.

Las direcciones mecánicas son habituales en los vehículos cuyo peso sobre el eje directriz es bastante bajo, de tal manera que el par de accionamiento en el volante no sea elevado.  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, mixta y eléctrica.

Componentes del sistema de dirección

  1. Timón o volante: Desde él se recaen las manos del conductor, para dirigir la trayectoria del vehículo.
  2. Barra de dirección: Une el volante con la caja de dirección, antiguamente era de una sola pieza, y en la actualidad, como mecanismo de protección para el conductor en caso de colisión está compuesta por partes pequeñas, que se doblan para evitar lesiones.
  3. Caja de dirección: Recibe el movimiento del timón y la barra y lo reparte a las ruedas, mediante movimientos realizados por engranajes. Puede ser de tipo bolas recirculantes, o de cremallera.
  4. Biela: Pieza ubicada a la salida de la caja de dirección, se encarga de unir la caja de dirección con la varilla central. Es una parte exclusiva de las direcciones de bolas recirculantes.
  5. Varilla central: Recibe el movimiento de la caja de dirección y lo transmite a los terminales de dirección.
  6. Terminales de dirección: Son uniones (tipo rótula) con cierta elasticidad para absorber las irregularidades del suelo, y tiene como función principal unirse con cada una de las ruedas direccionales.

Dirección asistida hidráulica

La dirección asistida hidráulicamente o simplemente dirección hidráulica, mantiene la base de la dirección mecánica tradicional y se le agregan otros elementos para generar  una fuerza adicional, estos aditamentos extras son:

  • Bomba de dirección: Genera presión hidráulica
  • Válvula de control: Permite el paso de fluido de dirección en uno u otro sentido dependiendo de la dirección de rotación de la rueda del volante
  • Cilindro de potencia ó cilindro maestro: Mueve un pistón a derecha o izquierda con fuerza generada hidráulicamente, por lo tanto asiste la operación de dirección del volante

Direcciones hidrostáticas

Las direcciones hidrostáticas son aquellas en las cuales no existe ninguna unión mecánica entre el volante y las ruedas directrices. El empleo de una dirección hidrostática sólo es posible en vehículos lentos cuya velocidad máxima no sobrepase los 50 km/h. Su instalación es también ventajosa en vehículos donde la unión mecánica entre dirección y ruedas directrices sólo puede realizarse a costa de grandes dificultades.  Se aplica en maquinaria pesada, maquinaria agrícola y maquinaria amarilla.

Servodirección hidráulica coaxial

Esta servodirección se caracteriza por llevar el sistema de accionamiento hidráulico (cilindro de doble efecto) independiente del mecanismo des multiplicador, aplicando el esfuerzo de servo asistencia 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 está formado por un depósito y una bomba que suministran aceite a presión a la válvula distribuidora de mando. 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. 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.

Dirección asistida eléctrica EPAS

Hace algún tiempo, a algún grupo de ingenieros se le ocurrió facilitar los giros gracias a la inestimable ayuda de los electrones.

Funcionamiento

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.

Hay que tener en cuenta también el retorno de la dirección (lo que podríamos denominar ‘autocentrado’). Aquí también entra en acción el motor eléctrico. Tras girar una esquina o trazar una curva, el ‘cerebro’ del sistema determina el par de retorno (o corriente de retorno) para volver a alinear las ruedas y puede hacerlo de dos formas: calculándolo instantáneamente en función del ángulo de giro para una velocidad dada o con ayuda de un conjunto de valores grabados previamente en su memoria.

Esquemas básicos

Hay tres esquemas básicos: sobre la misma columna de dirección, sobre la cremallera y sobre el piñón.

En la columna de dirección

El más común y menos costoso y se monta principalmente en vehículos pequeños, donde las cargas en el eje de dirección no excedan los 1,000 kilos de peso. El motor eléctrico se instala sobre la parte de la columna de dirección situada en el habitáculo. De esta manera no hay que preocuparse por las altas temperaturas que se dan debajo del capó y que pueden afectar al motor eléctrico.

Sobre la cremallera

El motor eléctrico está integrado en la propia cremallera, añadiendo más peso sobre el eje delantero.

Sobre el piñón

El montaje sobre el piñón es el más simple en términos de implantación. En este, el motor eléctrico se encuentra al pie de la columna de dirección. De esta manera, la columna no se ve afectada por el par suministrado por el motor eléctrico y no debe estar sobredimensionada.

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