Aparcar en paralelo es una habilidad que a muchos conductores noveles les cuesta realizar sin problemas (y a muchos conductores mayores también). El conductor que intenta aparcar en paralelo se ha divertido mucho a costa de quedar totalmente desconcertado. Pero ahora, los fabricantes están construyendo coches que aparcan solos en paralelo.
Una alegre reportera de televisión salió de un Ford Escape en el Salón del Automóvil de Kansas City después de dar una vuelta en una demostración de aparcamiento en paralelo. Su humilde redactor la abordó y le preguntó, retóricamente, si sabía cuál era la tecnología que permitía lo que acababa de presenciar. Se trata de la dirección asistida eléctrica (además de un montón de líneas de código y un robusto hardware informático). No se puede hacer con una dirección hidráulica estándar ni con una dirección manual; es la cremallera de dirección asistida eléctricamente la que permite que el vehículo se dirija solo. Da miedo, ¿verdad? Y piensa en todas esas líneas de código que permiten el funcionamiento conjunto de los subsistemas del vehículo (ECU, transmisión, ABS, sensores de aparcamiento y dirección asistida, entre otros).
Autoaparcamiento de Ford
Pero el autoaparcamiento no es más que la guinda del pastel de lo que aporta la dirección asistida eléctricamente a los fabricantes. Principalmente, la dirección asistida eléctrica se utiliza por su contribución positiva al ahorro de combustible. Se supone que la media de MPG de la flota de turismos (una media de todos los turismos de un fabricante) debe ser de 39,5 en 2016 para evitar las multas de la EPA.
En Europa, los niveles de dióxido de carbono también están regulados y, al igual que las MPG, se benefician de motores más pequeños, menor peso y mínimo consumo de combustible. Por eso vemos la inyección directa y los turbocompresores en los motores de pequeña cilindrada. Estas normas son duras y cada vez más difíciles de cumplir para los fabricantes. Así que un ahorro de hasta un MPG en el consumo de combustible mediante la adaptación de la dirección asistida eléctrica tiene sentido corporativo.
BMW EPS
Sin embargo, si preguntas a los entusiastas, te dirán que la dirección asistida eléctrica es terrible. No tiene ninguna sensación «táctil» en las manos. Y es cierto, hay algunas implementaciones terribles de la dirección asistida eléctrica. La cuestión es qué impide que la dirección asistida eléctricamente ofrezca un buen tacto de dirección. Y la respuesta es bastante complicada, por desgracia. Pero un buen punto de partida es el principio.
El volante se utiliza para hacer girar las ruedas delanteras (salvo raras excepciones, como las carretillas elevadoras y las cosechadoras) de un lado a otro. La relación de dirección es una expresión del número de grados que debe girar el volante para hacer girar las ruedas un grado. Por ejemplo, la relación de dirección 16:1 significa que el volante tiene que moverse fuera del centro en 16 grados de rotación para girar las ruedas un grado. Cuanto menor sea la relación, más «rápida» será la dirección.
La desviación total de la dirección (el número total de grados que las ruedas pueden girar de un extremo a otro) multiplicada por la relación de dirección dividida por 360 (un círculo completo) dará las vueltas del volante «de bloqueo a bloqueo». Pero el hecho de que un coche tenga menos vueltas «de bloqueo a bloqueo» no significa que su dirección sea necesariamente más rápida. Puede significar que sus ruedas no pueden desviarse tanto como las de otro, una característica de los coches de tracción delantera, por ejemplo.
Estos son algunos de los parámetros básicos que se utilizan cuando se habla de dirección. Cuanto más se acerque la relación a 1:1, más difícil será dirigir el coche sin ayuda. De hecho, los coches pesados más antiguos utilizaban relaciones grandes (más de 20:1) y volantes de gran diámetro (para multiplicar el efecto de palanca del conductor) para que la dirección fuera manejable. Piense en el esfuerzo de dirección necesario para hacer girar una camioneta Chevy Impala de 1965 sin dirección asistida y entenderá por qué el conductor tenía que girar el volante para hacer girar los neumáticos y parecía que el volante había sido robado de la timonera de un barco de vapor del río Mississippi.
Los engranajes de la dirección pueden dividirse en dos tipos básicos, brazos Pitman y cremallera y piñón. Los engranajes de dirección del brazo Pitman incluyen el tornillo sin fin y el sector, el tornillo sin fin y el rodillo, el tornillo sin fin y la tuerca (también conocido como bola de recirculación), y la leva y la palanca. Se basan en un engranaje de tornillo sin fin en el extremo de la columna de dirección para mover un brazo Pitman. El tornillo sin fin acciona un engranaje sectorial, un rodillo, una «tuerca» o una palanca, que «gira» el brazo Pitman. Los engranajes de dirección de tipo brazo Pitman se utilizan raramente en los turismos modernos (pero la variante de bola recirculante se utilizaba mucho en los coches del pasado reciente).
Ilustración de la bola recirculante de Wikipedia
Los engranajes de dirección de brazo Pitman se criticaban porque tendían a tener demasiado juego (lo que se conoce como «inclinación») y los entusiastas deseaban algo con mejor «tacto». La respuesta fue la dirección de cremallera.
La dirección de cremallera es un engranaje de piñón unido al extremo de la columna de dirección que mueve una cremallera (un eje con dientes de engranaje cortados a lo largo del eje). En una dirección de cremallera hay menos holgura y menos conexiones, pero también menos apalancamiento mecánico que en una dirección de bolas recirculantes. Pero la sensación táctil que una buena cremallera de dirección manual devuelve a las manos del conductor es lo que los entusiastas anhelan.
Cremallera – WRC
Y una cremallera manual es el billete hasta unos 1000 kilogramos (2200 libras). Cuanto más pesado es el vehículo, menos «rápida» puede ser la relación de dirección y seguir manteniendo un esfuerzo de dirección razonable. Por ello, las cremalleras manuales se sustituyeron por la dirección asistida de cremallera una vez que los coches empezaron a ser mucho más pesados.
La dirección asistida se realiza mediante presión hidráulica que ejerce su fuerza, en ambas direcciones, sobre un pistón encerrado en un cilindro unido a la cremallera de dirección. La cantidad de asistencia se controlaba mediante una compleja configuración de válvulas unida al piñón. La bomba de la dirección asistida se conectaba como un accionamiento accesorio desde el motor. La presión debía regularse de forma especial, ya que, de lo contrario, variaría mucho en función de las revoluciones del motor.
Por muy buenas que sean algunas cremalleras de dirección asistida hidráulicamente, otras son, y fueron, bastante malas. Dependiendo de los deseos del fabricante, las cremalleras pueden ser aisladas por soportes más blandos, la ubicación de montaje de la cremallera puede estar comprometida, la geometría de la suspensión puede estar inclinada hacia una retroalimentación mínima, y/o se pueden especificar neumáticos inferiores. En otras palabras, se puede eliminar la sensación de una cremallera de dirección.
Pero la pregunta no es por qué las cremalleras de dirección con asistencia hidráulica se sienten bien y las cremalleras con asistencia eléctrica no. Es una pregunta equivocada. La pregunta debería ser cuándo una cremallera asistida eléctricamente se sentirá tan bien como las mejores cremalleras asistidas hidráulicamente. Y la respuesta es que lo harán, con el tiempo. Sin embargo, a decir verdad, no todas las cremalleras con asistencia eléctrica lo harán.
ZF fabrica una serie de cremalleras de dirección con asistencia eléctrica dentro de su gama Servolectric. Y una muestra de sus competidores muestra un conjunto similar de tecnologías empleadas en una variedad de cremalleras de dirección asistida eléctricamente.
Existen tres tipos básicos de cremalleras con asistencia eléctrica: la asistida por columna, la asistida por segundo piñón y la asistida por cremallera. De las tres, la asistencia montada en la columna es la que menos posibilidades tiene de proporcionar una buena respuesta «táctil». Emplea una unidad de asistencia eléctrica montada en la columna de dirección, normalmente en el interior del coche. Este tipo de dirección asistida eléctricamente es más probable que aparezca en coches más pequeños y menos caros. El motor de asistencia está montado en la columna de dirección, justo entre sus manos y la cremallera de dirección.
Asistencia eléctrica montada en la columna / fuente: ZF
Además, la columna de dirección, debajo del motor de asistencia, tiene que ser reforzada para soportar el par adicional que proporciona el motor de asistencia. No es una receta fácil para proporcionar un buen tacto de la dirección. Desgraciadamente, es una solución muy común en la gama baja del mercado. Además, debido a que estos coches son sensibles al precio, los otros componentes que pueden afectar a la dirección han sido probablemente optimizados para el coste sobre la sensación.
El tipo de cremallera de dirección asistida eléctricamente que más promete para la sensación de dirección es la cremallera asistida. ZF fabrica una cremallera de asistencia a la dirección muy buena, llamada ZF Servolectric/Paraxial. Esta es la solución de cremallera de dirección asistida eléctricamente que un entusiasta buscará eventualmente. En esta solución, hay una conexión directa entre el volante y la cremallera.
Cremallera asistida eléctricamente ZF Servolectric/Paraxial / Fuente: ZF
La unidad de asistencia se monta en paralelo al extremo de la cremallera, lejos del piñón, y proporciona asistencia a través de una correa dentada y un engranaje de bolas recirculantes (hmmm, todo lo viejo vuelve a ser nuevo). Una línea reveladora en el documento de producto de ZF es la siguiente: «La baja generación de ruido del engranaje de bola recirculante permite una conexión rígida del engranaje de dirección con el bastidor auxiliar del vehículo, lo que proporciona una sensación de dirección muy directa».
Fuente: ZF
De una ilustración del material de ZF: «Para transformar el movimiento de rotación del motor eléctrico en un movimiento lineal de la cremallera de la dirección (1), el ZF Servolectric con accionamiento paraxial utiliza un concepto de accionamiento que consiste en la transmisión por correa dentada (2, 3, 4) y el engranaje de bolas de recirculación (5, 6, 7). Ambas etapas de accionamiento funcionan con una eficiencia muy alta.
El engranaje de recirculación de bolas es un sistema en el que la cadena de bolas (7) regresa a través de un canal (6) integrado en la tuerca de recirculación de bolas (5)».
Así pues, hay motivos para esperar que una asistencia eléctrica a la cremallera pueda ofrecer un buen tacto de la dirección. Pero hay mucho que afinar. Recuerde que las cremalleras de dirección con asistencia hidráulica utilizan una configuración de válvulas para regular la cantidad de asistencia. En una cremallera de dirección asistida eléctricamente eso se consigue con software. Un montón de software. Y un montón de parámetros que se pueden cambiar en ese software.
Huibert Mees, responsable del chasis de Tesla Motors, comentó a blogdebmw en el NAIAS de este año que hay más de 500 parámetros que pueden ajustarse en varios modos de funcionamiento y condiciones de conducción de la cremallera asistida eléctricamente. Esto puede llevar algún tiempo, incluso si se puede hacer sobre la marcha, a diferencia de lo que ocurre con la configuración de válvulas adecuada para una cremallera asistida hidráulicamente. En PickupTrucks.com hay una interesante entrada de blog sobre la puesta a punto de una cremallera asistida eléctricamente ‘sobre la marcha’ que merece la pena leer: http://news.pickuptrucks.com/2010/05/driving-a-pickup-with-electric-power-steering.html
Aunque existe la esperanza de que consigamos un tacto decente con las mejores cremalleras asistidas eléctricamente, puede llevar tiempo revisar todos los parámetros para encontrar un punto óptimo. Y recuerda que los neumáticos, la geometría de la suspensión y la calidad de otros componentes de la cadena pueden afectar y afectarán al tacto de la dirección. Un espacio que hay que vigilar, para ver si algunos aficionados a los engranajes se deciden a utilizar cremalleras de dirección con asistencia eléctrica, es la próxima versión F10 del M5. Si no utiliza una cremallera asistida eléctricamente, como hacen sus hermanos de la serie 5, podemos concluir que las cremalleras de dirección asistida eléctricamente no están preparadas para el momento estelar… todavía.
Aunque no he aprendido a amar la dirección asistida eléctrica, mi preocupación ha disminuido. No se puede obviar el hecho de que los fabricantes están luchando por cada décima de galón que puedan ahorrar para aplicar las próximas normas de ahorro de combustible y emisiones. El truco para un entusiasta será encontrar un fabricante que todavía se preocupe por ellos. Una cremallera de dirección eléctrica puede ofrecer un buen tacto de dirección, pero no será en el extremo inferior del mercado.
¿Y por qué el título hace referencia a un Dr. Lanchester, en lugar de al Dr. Strangelove? El Dr. Lanchester fue un ingeniero e inventor inglés muy poco apreciado hoy en día. Trabajó en los primeros años de la industria del automóvil y contribuyó mucho a ella. También patentó un sistema de dirección asistida en 1902. http://en.wikipedia.org/wiki/Frederick_W.Lanchester
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