Dirección asistida

La dirección asistida es un sistema mediante el que se reduce la fuerza -par de giro- que ha de efectuar el conductor para accionar el mecanismo de dirección de un pico a otro

Cuando se giran las ruedas para cambiar la dirección del vehículo aparece una fuerza sobre el neumático que tiende a alinear la dirección de la rueda con la del vehículo. Esta fuerza se debe principalmente a la resistencia del neumático a ser deformado y la posición adelantada del centro de presiones respecto al centro de la rueda.

La función de la dirección asistida es ayudar al conductor a vencer esta fuerza para lo que se vale de algún tipo de actuador -neumático, hidráulico o eléctrico-, capaz de aplicar a la dirección un determinado par, que sumado al ejercido por el propio conductor sea igual a la fuerza de autoalineamiento de la rueda:

T_Rueda = T_Asistencia + T_Conductor

La fuerza de autoalineamiento que haga la rueda dependerá del vehículo y la velocidad. A menor velocidad mayor resistencia, por tanto a velocidades bajas se necesitan pares mayores para girar las ruedas, si la dirección genera más asistencia, el conductor debe aplicar menos fuerza sobre el volante, lo que resulta en un esfuerzo menor por parte del conductor.

Por el contrario a velocidades mayores donde el par a aplicar es pequeño, si el mecanismo mantiene la misma asistencia, el conductor debería aplicar una mínima parte del esfuerzo necesario para girar las ruedas, lo que bajo determinadas circunstancias puede provocar sensación de inseguridad por la excesiva sensibilidad de la dirección. Este último punto es un criterio subjetivo, ya que no todos los conductores tienen las mismas preferencias.

En los sistemas de asistencia más sencillos, el fabricante del vehículo elige un tarado fijo, correspondiente a un determinado compromiso entre suavidad en aparcamiento y tacto a alta velocidad. Niveles de asistencia bajos obligarán al conductor a un mayor esfuerzo, generalmente resultando en una conducción más incómoda o cansada. Niveles de asistencia mayores obligarán al conductor a esfuerzos menores, pero conllevarán una dirección más sensible a los movimientos del conductor.

Los sistemas de asistencia más complejos empleados en la mayoría de vehículos actuales, prescinden de ese tarado fijo en favor de una determinada ley, capaz de modificar el grado de asistencia en función de la velocidad o inversamente a las revoluciones del motor.

Atendiendo al tipo de energía utilizada para proporcionar la asistencia, se pueden clasificar las direcciones asistidas en cuatro grupos:

Las direcciones hidráulicas fueron de los primeros modelos de dirección asistida que se utilizaron junto con las de vacío. Pero las primeras terminaron por imponerse. Son las más habituales en toda clase de vehículos aunque están siendo sustituidas por las electro-hidráulicas y eléctricas. De forma que apenas se montan en los nuevos modelos.

La dirección hidráulica utiliza energía hidráulica para generar la asistencia. Para ello utiliza una bomba hidráulica conectada al motor.

El funcionamiento puede variar dependiendo del fabricante, pero el modelo más general aprovecha la propia cremallera como cilindro hidráulico de doble efecto para generar la asistencia. De esta forma cuando el conductor gira el volante, la válvula de control que actúa a modo de sensor y distribuidor hidráulico, permite el paso del fluido hacia uno de los lados del pistón, aumentando la presión en ese lado. La diferencia de presión entre ambos lados hace que la cremallera se desplace axialmente hacia el lado al que el conductor gira el volante. Una vez que el conductor deja de girar el volante, la válvula de control cierra las lumbreras de ambos pistones igualándose la presíon, de modo que todo el caudal proporcionado por la bomba retorna al reservorio y no se ejerce ninguna asistencia.

Las direcciones hidráulicas utilizan el giro del cigüeñal para transmitir mediante una correa el movimiento giratorio a una bomba, que proporciona presión hidráulica a un circuito cerrado. En los sistemas más habituales un limitador de presión mantiene la presión constante, aunque existieron sistemas capaces de modificar la asistencia en función de la velocidad con independencia de las revoluciones de giro del motor, como las direcciones Servotronic de ZF o las EVO y Magnasteer de General Motors.

En la mayoría de los sistemas, la caja de la dirección no está conectada directamente a la cremallera, sino que entre ambas se interpone la válvula rotatoria de control, en cuyo interior se encuentra una varilla sometida a torsión mecánica o bien un sistema de muelles. En reposo la válvula de control está cerrada, de modo que la presión hidráulica regresa a través de un circuito de retorno a la bomba. Al girar el volante, la torsión de la varilla o la compresión de los muelles pone en comunicación las lumbreras del circuito de presión hidráulica con uno de los lados del pistón, cuyo tarado es tal que ejerce aproximadamente el 80% de la fuerza necesaria para girar la dirección, necesitándose que el conductor aplique la fuerza restante para mover la cremallera.

El "tacto" de las direcciones hidráulicas proviene del sistema de retroalimentación percibido por el conductor. Se debe a que el fluido hidráulico empleado, como todos los líquidos, proporciona un flujo incompresible. Por tanto, al tratarse de un circuito cerrado donde el líquido circula constantemente, desde el mismo momento en el que la torsión de la varilla pone en comunicación la lumbrera con la tubería del pistón, la presión en este aumenta, disminuyendo la fuerza ejercida sobre el volante con un mínimo y característico retraso. Este tiempo de retraso, mucho menor que en los sistemas basados en gases -direcciones neumáticas-, empleadas en maquinaria pesada, hizo triunfar a los sistemas hidráulicos.

El sistema Diravi de Citroën, a diferencia de los sistemas hidráulicos convencionales, prescindía de conexión mecánica entre la caña de la dirección y la cremallera. Estaba tarada de modo que el pistón contrario ejerciese la presión suficiente para autocentrar el volante cuando la varilla dejaba de estar sometida al par de torsión, proporcionando un tacto exclusivamente hidráulico característico de la marca.

La dirección electro-hidráulica o EHPS (Electro-Hydraulic Powered Steering) es una evolución de la dirección hidráulica, Su funcionamiento es similar, valiéndose de la presión hidráulica generada en una bomba para desplazar un pistón integrado en la cremallera de la dricción. Sin embargo, en lugar de utilizar una bomba hidráulica conectada al motor utiliza un motor eléctrico para mover la bomba hidráulica.

Su principal ventaja es que a diferencia del sistema anterior el giro de la bomba es independiente de la polea del cigüeñal. Esto permite aumentar o disminuir el grado de asitencia con solo modificar el régimen de giro del motor eléctrico y además permite colocar la bomba y el depósito de fluido hidráulico en un lugar próximo o incluso integrado en la propia cremallera, reduciendo el espacio necesario por la bomba y las canalizaciones. Por último permite reducir el consumo de combustible al no tomar continuamente energía del propio motor, aunque a cambio necesita un alternador sobredimiensionado.

Mediante el uso de un calculador electrónico la bomba varía constantemente su régimen de giro, pudiendo en algunos modelos como el los Ford Focus de segunda generación elegirse entre distinas leyes de asistencia -"sport", "confort", etc-

Estas ventajas frente a las hidráulicas ha hecho que las direcciones electro-hidráulicas hayan ido sustituyendo a las hidráulicas progresivamente.

Las direcciones eléctricas o EPS (Electric Powered Steering) son el tipo más empleado en la actualidad. Su denominación se debe a que utilizan un motor eléctrico para generar la asistencia en la dirección.

Su principal ventaja frente a las hidráulicas y electro-hidráulicas es que al no depender de la energía hidráulica son más compactas y simples, pues no necesitan bomba, depósito ni canalizaciones, ocupando todo el sistema poco más espacio que el de una dirección sin asistencia.

Otra de sus características es que su control es puramente electrónico, lo que permite variar el nivel de asistencia en función no sólo de la velocidad sino de distintos parámetro parámetros o situaciones para interactuar con los sistemas de frenado o establidad, por ejemplo con diferentes programas para conducción en ciudad o carretera. Opción que se incluye por ejemplo en algunos modelos de Fiat Group Automobiles con denominación Dualdrive. Además permite implementar funciones auxiliares como la ayuda al conductor a volver a la posición central.

Atendiendo al lugar donde se aplica la asistencia, las direcciones eléctricas se dividen:

Una crítica que generalmente se aplicó a las primeras direcciones elécticas era su “falta de tacto”. Este efecto era debido a la falta de "feed-back" -retroalimientación- al que los conductores están habitudados al carecer del característico retraso que propician las válvulas de control hidráulicas basadas en varillas de torsión. En las direcciones eléctricas el giro del volante es detectado por sensores de par y de posición en función de cuya información una centralita envía una señal al motor eléctrico acoplado a una dirección mecánica más o menos convencional. Este funcionamiento puede provocar la sensación de perder la información de la resistencia al giro de las ruedas que se transmite a través de la columna de la dirección.

En la actualidad el tacto de las direcciones con asistencia eléctrica ha mejorado drásticamente hasta equipararse al de las direcciones hidráulicas, evitando que el funcionamiento del motor impida al conductor percibir los pequeños cambios en la resistencia al giro del volante que ejercen las ruedas al moverse sobre el asfalto.