Dirección (automóvil)

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La dirección es el conjunto de órganos que permiten a cualquier vehículo modificar su trayectoria para seguir el rumbo deseado. Una excepción es el caso del ferrocarril en el que la dirección es controlada por medio de railes y desvíos. La función primaria de todo sistema de dirección es permitir al conductor guiar el vehículo.

En los vehículos con ruedas, al actuar sobre el volante (o manillar) el conductor cambia el ángulo de deriva (ángulo entre el plano de la rueda y la trayectoria de la rueda) de la/s rueda/s directriz/directrices. La fuerza creada entre la carretera y el eje de giro hace girar el vehículo.

Historia[editar]

En azul: eje de un carruaje tirado por caballos.

La historia de la dirección comenzó con los vehículos tirados por caballos, especialmente cuando surgieron los primeros vehículos con más de un eje.

Punto de pivote central o rueda de dirección[editar]

La solucción obvia para conseguir un sistema de ruedas orientables es conectar sólidamente las ruedas en los extremos de un eje rígido que bien gire libremente sobre un único punto de pivote vertical o descanse sobre una rueda de dirección -turntable o fifth wheel en inglés-. El sistema se utilizó históricamente en los ejes delanteros -e intermedios en su caso- de muchos carruajes de más de un eje, de modo que los caballos podían tirar del carro desde los lados en curvas haciendo que el vehículo girase sobre su último eje, llegándose a aplicar incluso a los primeros automóviles como el Clement- Panhard [1]

Vehículo articulado[editar]

Un sistema muy extendido cuando el tipo de carruaje lo permitía, consistía en articular el propio vehículo en en dos partes, cada una de las cuales estaba unida sólidamente al eje en el que se apoyaba obteniéndose un comportamiento similar al de vehículos con dirección de rueda.

Ruedas desacopladas o ejes rotos[editar]

Los sistemas anteriores ofrecían un resultado aceptable para orientar las ruedas de un vehículo, pero no ofrecían respuesta al problema que de cara a la estabilidad suponía unir ambas ruedas forzándolas a permanecer paralelas y girar al mismo número de revoluciones.

El radio de la curva trazado por la rueda interior es más cerrado que el ángulo trazado por la exterior, por lo que si ambas ruedas permanecen paralelas o giran al mismo número de revoluciones, necesariamente se arrastrarán perjudicando la estabilidad en curvas, especialmente en las más cerradas o tomadas a cierta velocidad, razón por la que los vehículos rápidos solían contar con un solo eje.

La idea de separar el movimiento de los bujes en un eje directriz no es una preocupación reciente. Ya en vehículos tirados por caballos surgieron mecanismos para en primer lugar permitir que las ruedas girasen libremente en los extremos del eje -ejes rotos- y posteriormente mecanismos más o menos complejos para evitar el paralelismo de las ruedas como el sistema por cadenas del vehículo de vapor de Amedee Bollee [2].

Geometría de dirección de Ackermann[editar]

Geometría de dirección de Ackermann.

La geometría de dirección de Ackermann es una determinada disposición geométrica de los elementos que intervienen en la dirección de un automóvil u otro vehículo, diseñada para lograr que la rueda interior y exterior tracen círculos de diferentes radios. Descrita por primera vez por el constructor de transporte alemán "Lankensperger" en 1817, en su forma básica se trataba de un cuadrilátero articulado que aún mantenía las ruedas paralelas pese a que contaban con sus propios puntos de pivote, siendo patentada por su agente en Inglaterra Rudolph Ackermann (1764-1834) en 1818 para coches de caballos. Aunque Erasmus Darwin puede tener un derecho previo por sus estudios sobre sistemas de dirección mejorada para carruajes basados en ejes de doble pivote en 1758.[1] , su forma definitiva, estándar de la industria mundial, no apareció hasta las patentes de Karl Benz (1893) y de Edward Butler [3] (1897).

Una primera aproximación al problema resuelto mediante este sistema puede comprenderse buscando el centro común de los dos círculos de diferente radio que deben seguir idealmente las ruedas exterior e interior. En vehículos de dos ejes este punto está en el interior de la curva a la altura del eje trasero aproximándose al centro del eje a medida que el radio de la curva es menos pronunciado.

La hoy denominada geometría de Ackermann resolvió definitivamente el objetivo de dirigir los ejes de las ruedas a ese punto, alineando cada eje con el radio de su circunferencia ideal de una manera simple y efectiva. Para ello se utiliza el cuadrilátero deformable formado por el eje delantero, la barra de dirección situada por detrás de él -habitualmente la propia cremallera- y los tirantes articulados que unen esta barra con los bujes o puntos de pivote de cada una de las ruedas. El ángulo deseado en cada buje se obtiene mediante una mejora conocida como trapecio de Jeantaud [4] por el que los tirantes en lugar de ser paralelos entre si están alineados con el centro del eje trasero, de modo que al ser empujados por la barra de dirección trasmiten un movimento mayor a la rueda interior, haciendo que adopte un ángulo más cerrado que la exterior.

Los vehículos actuales rara vez recurren a una geometría de Ackermann "pura", siendo habitual jugar con los ángulos de las ruedas interior y exterior para aumentar el agarre o minimizar el desgaste. [2]

Técnica actual[editar]

Esquema de una dirección moderna de cremallera

A principios del siglo XX la geometría de ackermann ya se había universalizado en todo tipo de vehículos, que aún utilizaban suspensiones por medio de eje rígido en ambos trenes. Al hacerse patente la necesidad de un sistema de suspensión independiente en el eje directriz los constructores debieron hacer frente al desafío que suponía permitir variaciones de vía -distancia entre el centro de las dos ruedas de un eje- sin que ello afectara a la dirección. La solución vino de la mano de la división de cada tirante en dos o más barras articuladas -varillaje de dirección- dispuestas de modo que absorban el movimiento de la suspensión sin afectar al viraje del vehículo.

Enlaces externos[editar]