Uno de los elementos mecánicos de un coche que más importante resulta dentro del conjunto, esa es la dirección. Gracias a este sistema, los movimientos del conductor se pueden transmitir en cambios de giro en los neumáticos directrices para poder realizar todos los cambios necesarios.
Desde las primeras direcciones simples y duras, hasta las actuales direcciones asistidas, pasando también por las direcciones de los coches autónomos controladas por electrónica, este sistema ha evolucionado mucho, y aquí podrás conocerlo un poco más de cerca, para que comprendas cómo se traduce un giro de volante en cambios de dirección…
¿Qué es la dirección?
Este sistema es fundamental para la seguridad y maniobrabilidad del vehículo, como sabrás. Es el encargado de dirigir el coche hacia donde se necesite, ya sea para esquivar un obstáculo, para trazar una curva, o para realizar una maniobra de aparcamiento. Para que esto sea posible, se necesitan una serie de elementos básicos:
- Volante: es la interfaz principal entre el conductor y el sistema de dirección. Al girar el volante, se transmite un movimiento rotatorio a la columna de dirección.
- Columna de dirección: conecta el volante con la caja de dirección. Puede ser fija o telescópica para ajustar la posición de conducción.
- Caja de dirección: es el corazón del sistema, la verdadera parte mecánica. Transforma el movimiento rotatorio del volante en un movimiento lineal de la cremallera o un movimiento angular de un sector de engranaje, lo que a su vez mueve las barras de acoplamiento. Dependiendo del tipo de dirección, podemos encontrar tanto una caja con cremallera y piñón, que es bastante común y barata, convirtiendo movimiento de giro de la columna en movimiento lineal para girar las ruedas. Otra posibilidad es una caja de dirección con un sistema de bolas circulantes entre rotores cónicos.
- Barras de acoplamiento: conectan la caja de dirección con los extremos de dirección. Son responsables de transmitir el movimiento de la caja de dirección a las ruedas.
- Extremos de dirección: conectan las barras de acoplamiento a las ruedas y permiten que las ruedas giren.
- Rótulas de dirección: son articulaciones que permiten el movimiento de las barras de acoplamiento y los extremos de dirección.
- Amortiguadores de dirección: reducen las vibraciones y golpes que se transmiten a la dirección, mejorando la suavidad de conducción e incluso facilitando que el volante tienda a volver a su estado normal tras realizar un giro.
De esta forma, cuando el conductor gira el volante, el movimiento se transmite a través de la columna de dirección hasta la caja de dirección. Esta última convierte el movimiento rotatorio en un movimiento lineal o angular, que a su vez se transmite a las barras de acoplamiento y los extremos de dirección. Estos componentes hacen que las ruedas giren en la dirección deseada en el eje directriz, que generalmente es el delantero (algunos vehículos pueden tenerlo en el trasero, otros pueden tener las cuatro o más ruedas directrices…).
Tipos de dirección según la actuación
Los tipos de dirección se pueden catalogar según el sistema de actuación que tengan. En este sentido podemos destacar:
- Dirección mecánica: la fuerza del conductor se transmite directamente a las ruedas a través de componentes mecánicos. En este caso, la dirección es mucho más dura, y se nota especialmente cuando el vehículo está parado o va a baja velocidad.
- Dirección asistida: utiliza un sistema hidráulico o motor eléctrico para reducir la fuerza necesaria para girar el volante. De esta forma, se facilita mucho el giro, ya que el conductor apenas tendrá que hacer esfuerzo.
Otros tipos de dirección en función de cómo se actúa, y que son más avanzados, son:
- Dirección activa: utiliza sensores y actuadores para ajustar automáticamente la dirección en función de las condiciones de conducción.
- Dirección por cable: elimina la conexión mecánica directa entre el volante y las ruedas, utilizando sistemas electrónicos para controlar la dirección.
Por supuesto, en el caso de los coches autónomos, un motor eléctrico será el que haga las funciones de giro sustituyendo al conductor…
Tipos de dirección según el enlace
Ahora que ya conoces más sobre la dirección a nivel básico, vamos a ver algunos tipos de dirección según el enlace en cuanto a su diseño:
Paralelograma
Parallelogram Steering Linkage, o configuración de enlace paralelogramo, es un tipo de dirección de las más comunes y simples. Se caracteriza por tener dos pares de barras paralelas conectadas a la caja de dirección y a los extremos de dirección.
Entre sus ventajas se encuentra su simple diseño, robustez y precio barato. Además consigue buena estabilidad direccional a altas velocidades y produce un mínimo cambio de convergencia durante las maniobras de dirección. Sin embargo, también tiene sus desventajas, como mayor desgaste de las rótulas y bujes por las mayores fuerzas laterales, y transmite bastante vibraciones al volante, lo que puede ser incómodo.
Cruzada
Por otro lado tenemos la dirección cruzada, o Cross-Steer Linkage. En este sistema, las barras de acoplamiento se cruzan entre sí, formando una «X». Esta configuración ofrece algunas ventajas en términos de empaquetamiento y cinemática. Es decir, tenemos mayor espacio para otros componentes en el compartimento del motor, además de una mejoría de las direcciones en ciertos casos.
No obstante, también tiene sus contras, como mayor complejidad de diseño y fabricación, lo que se traduce en más costes. Y también tenemos mayor sensibilidad a los desalineamientos cuando se produce algún golpe en la dirección, generando mayores problemas que en el caso de la que sigue el esquema de paralelograma.
Haltenberger
Haltenberger Linkage, o configuración de dirección Haltenberger, es una evolución del sistema paralelogramo, pero con algunas modificaciones para mejorar el rendimiento. Se caracteriza por tener un brazo de reacción que conecta la caja de dirección con un punto fijo en el chasis.
En este caso tenemos mayor estabilidad direccional, menor transferencia de vibraciones, lo que la sitúa a la par de la paralelograma, pero también ofrece una mejor respuesta a los movimientos del conductor. En su contra tiene la mayor complejidad de diseño y fabricación, por lo que es más costosa.
Tipos de dirección según su geometría
La geometría de dirección es un aspecto fundamental en el diseño, ya que determina la forma en que las ruedas responden a las entradas del conductor a través del volante. Las tres configuraciones más comunes son las siguientes:
- Paralela: en este tipo de geometría, las barras de acoplamiento son paralelas entre sí y al eje del vehículo. Esto significa que ambas ruedas giran el mismo ángulo al mismo tiempo. Entre sus ventajas está la simplicidad y precio barato, y facilidad para alinearse. Pero también lleva a un mayor desgaste de los neumáticos, especialmente en curvas cerradas, y menor estabilidad direccional en altas velocidades. Por tanto, no es lo mejor para coches que necesitan mayor precisión.
- Inversa: es lo opuesto a la paralela. Las barras de acoplamiento se cruzan, haciendo que la rueda interior gire un ángulo mayor que la exterior al tomar una curva. En este caso, tenemos mejor tracción en curvas cerradas, y menor desgaste de los neumáticos interiores. En cambio, nos penaliza en cuanto al esfuerzo que hay que aplicar al volante a bajas velocidades, su menor estabilidad direccional a altas velocidades, y mayor complejidad.
- Ackermann: es un compromiso entre las configuraciones paralela e inversa. Las ruedas delanteras giran ángulos ligeramente diferentes, de modo que las ruedas interiores giran un ángulo ligeramente mayor que las exteriores. Es una de las más modernas y utilizadas en la actualidad en coches de calle y en el motorsport. El motivo es que consigue un óptimo equilibrio entre estabilidad direccional y desgaste de los neumáticos, y con buena respuesta a los movimientos del conductor. No obstante, es cierto que es más compleja de fabricar y requiere una alineación más precisa.
Dirección en las cuatro ruedas
La dirección a las cuatro ruedas, también conocida como 4WS (Four Wheel Steering), es un sistema de dirección que permite que las cuatro ruedas de un vehículo giren, no solo las delanteras como en los sistemas convencionales. Esta tecnología ofrece una serie de ventajas en términos de maniobrabilidad, estabilidad y seguridad. Decir que existen algunos vehículos pesados de más ejes, como algunos camiones, que pueden tener dirección en más de cuatro ruedas….
En un sistema de dirección a las cuatro ruedas, las ruedas traseras pueden girar en la misma dirección que las delanteras (same-phase) o en la dirección opuesta (opposite-phase). Esto se logra mediante actuadores eléctricos o hidráulicos que controlan el ángulo de giro de las ruedas traseras:
- Same-phase: las ruedas delanteras y traseras giran en la misma dirección. Esto aumenta la estabilidad a altas velocidades y mejora la respuesta en cambios de carril.
- Opposite-phase: las ruedas delanteras y traseras giran en direcciones opuestas. Esto reduce el radio de giro, mejorando la maniobrabilidad en espacios reducidos.
Por supuesto, la dirección a las cuatro ruedas que hemos visto en algunos modelos de coches, aunque no se ha impuesto, tiene sus ventajas. Por ejemplo, tenemos mayor agilidad de giro o radio de giro para maniobras a bajas velocidades, mayor estabilidad a altas velocidades, mejores respuestas en curvas, y mayor seguridad. Pero también tenemos desventajas como su mayor complejidad y precio, mayor peso debido a la duplicidad de los elementos de la dirección, y también de un mayor análisis y ajuste fino para que funcione bien.
Para finalizar, también me gustaría destacar que existe la tecnología Quadrasteer. Es el nombre comercial utilizado por Nissan para su sistema de dirección a las cuatro ruedas. Esta tecnología se caracteriza por su alta precisión y capacidad de adaptación a diferentes condiciones de conducción. Quadrasteer utiliza sensores para monitorear constantemente las condiciones de la carretera y ajustar automáticamente el ángulo de giro de las ruedas traseras. Otras marcas, también han implementado sus propios sistemas, con similitudes con ésta marca, y también con algunas diferencias o características particulares…
Imágenes | Canva | Mr HipWell