Asistencia Hidráulica y Eléctrica en Sistemas de Dirección
La asistencia hidráulica y eléctrica es la más utilizada en los sistemas de dirección. Para ello, se dispone de la dirección mecánica, generalmente de dos tipos:
- Cremallera.
- Tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes.
La asistencia es proporcionada por un circuito hidráulico en el que el líquido está siempre circulando, independientemente del ángulo de las ruedas y de la importancia de la asistencia.
Componentes del Circuito Hidráulico
Este circuito está formado por:
- Un depósito.
- Una bomba.
- Una válvula distribuidora.
- Un cilindro o gato de asistencia.
- Una válvula de regulación encargada de mantener la presión constante en el circuito.
Sobre el mecanismo de cremallera, la bomba absorbe líquido desde el depósito y, a través del regulador de caudal incorporado en la bomba, lo envía a la válvula distribuidora. Esta válvula es accionada por el volante a través del husillo o eje de mando, en cuyo extremo se encuentra el piñón que transmite el movimiento a la cremallera.
El distribuidor realiza la función de válvula rotativa de cuatro vías con tres posiciones.
Órganos Constructivos de una Dirección Asistida de Cremallera
- Depósito.
- Regulador de caudal y presión.
- Bomba.
- Válvula distribuidora.
- Unión mecánica de seguridad.
- Caja de servodirección.
Funcionamiento de la Servodirección
La servoasistencia se obtiene enviando el líquido a presión a una cámara del cilindro hidráulico y vaciando la otra. La diferencia de presión entre las superficies del pistón determina su desplazamiento y, por tanto, el de la cremallera.
La alimentación de una u otra parte de la cámara del cilindro hidráulico se realiza cuando el par aplicado al volante tuerce la barra de torsión. En estas condiciones, se ponen en comunicación los orificios del eje de mando con los orificios de la caja distribuidora, en función del sentido de rotación del volante de dirección.
Cuando el par aplicado al volante no es suficiente para provocar la torsión de la barra (debido a la baja resistencia de las ruedas), el servomando no interviene y el conjunto funciona como una dirección mecánica.
Dirección de Cremallera Asistida sobre la Barra de Acoplamiento
En este caso, la ayuda es proporcionada por un cilindro o gato de asistencia independiente. El cilindro está unido a la caja de dirección o anclado al bastidor, y en su interior se desliza el pistón unido a un eje que transmite la asistencia hidráulica a una barra de acoplamiento de un extremo de la cremallera.
Este sistema utiliza los mismos elementos que el sistema anterior, pero existen dos diferencias:
- Sustituye el cilindro incorporado en la cremallera por uno totalmente independiente.
- Aunque la válvula distribuidora es muy parecida constructivamente, su funcionamiento es distinto.
Funcionamiento de la Dirección Asistida
La asistencia se obtiene en un sentido de giro enviando el líquido a presión a una cámara del cilindro hidráulico y vaciando la otra. La asistencia en el otro sentido se obtiene enviando el líquido a presión a las dos cámaras del cilindro hidráulico.
Línea Recta
Cuando el volante no es solicitado, la barra de torsión mantiene al rotor y al distribuidor en posición neutra. El líquido suministrado por la bomba a las cámaras del cilindro de asistencia vuelve directamente al depósito. Por tanto, el circuito hidráulico de mando del cilindro de asistencia se queda sin presión.
Giro a la Derecha
Por la acción del conductor sobre el volante y la resistencia que las ruedas ofrecen al suelo, la barra de torsión se tuerce y genera un decalado angular entre el rotor y el distribuidor.
En esta situación, la bomba suministra líquido a la cámara derecha del cilindro. La presión en esta cámara aumenta y la cámara de la izquierda se pone en comunicación con el depósito y se queda sin presión. Por tanto, el pistón se desplaza a la izquierda y el vehículo gira a la derecha.
Giro a la Izquierda
Por la acción del conductor sobre el volante y por la resistencia del suelo a las ruedas, la barra de torsión se tuerce originando un decalado angular entre el rotor y el distribuidor.
En esta situación, las dos cámaras del cilindro se quedan aisladas del depósito y la presión sube en cada una de las dos cámaras. Como la sección de la cara izquierda del pistón es el doble que la sección de la cara derecha, la fuerza generada por el líquido a presión sobre la pared izquierda del pistón es el doble que la ejercida sobre la pared de la derecha. De esta forma, el pistón se desplaza a la derecha y el vehículo gira a la izquierda.
El cilindro de asistencia proporciona así la misma ayuda para ambos lados.
Dirección de Cremallera Asistida con Grupo Electrobomba
Este sistema es parecido al estudiado en el punto anterior. Está formado por una dirección mecánica de cremallera asistida hidráulicamente por un grupo electrobomba que proporciona presión para gobernar un cilindro hidráulico o bien el gato de asistencia que aplica su fuerza a la barra de acoplamiento.
Como en el caso anterior, el sistema de asistencia se compone de:
- Un depósito destinado al almacenamiento de aceite. Este puede poseer una marca indicativa de niveles o bien una varilla incorporada en el tapón. Generalmente se encuentra en la parte delantera del vehículo.
- Un grupo electrobomba compuesto por un motor eléctrico, una bomba y, en algunos casos, un depósito.
- Una válvula distribuidora que es accionada a la vez por el volante de dirección y por el piñón de cremallera, que permite dirigir el aceite a alta presión hacia un lado u otro de un pistón, en función del giro del volante.
- Un cilindro de asistencia paralelo a la caja de dirección de cremallera, de tal forma que el cilindro de doble efecto constituye la parte fija que está unida a la caja en el lado de la válvula rotativa o bien anclada sobre el bastidor. El pistón es la parte móvil, que transmite el movimiento a las barras de acoplamiento. Está unido al punto de articulación opuesto a la cremallera con la bieleta.
Ventajas de la Dirección Eléctrica
Ocupa menos espacio que el sistema hidráulico, pues solo consta del motor eléctrico que se coloca perpendicularmente a la columna de dirección. La gestión electrónica del motor eléctrico determina una dirección de relación variable, capaz de adaptarse a cada situación.
Dirección Asistida Electromecánica de Doble Piñón
La dirección asistida electromecánica está dotada de doble piñón. Se identifica por sus dos piñones, uno de dirección y el otro de accionamiento, con cuya ayuda se aplica la asistencia necesaria a la cremallera.
Dirección Asistida Electrohidráulica
Este sistema de dirección recurre a la hidráulica para realizar la asistencia. La presión es generada con ayuda de una bomba hidráulica impulsada por un motor eléctrico. La asistencia se realiza en función del ángulo de dirección y de la velocidad de marcha.
Sistemas Servotronic
En el sistema Servotronic, la barra de torsión en la válvula del distribuidor giratorio va comunicada directamente con el eje de la columna por medio de una articulación cardán. El distribuidor giratorio es torcido conjuntamente con la barra, de forma relativa con respecto al casquillo de control.
De esa forma, se modifica la posición mutua de las ranuras y de los taladros de paso en el distribuidor giratorio y en el casquillo de control, permitiendo que determinados conductos de aceite puedan ser abiertos y otros puedan cerrarse, según la torsión angular entre el distribuidor giratorio y el casquillo de control.
Servotronic 2
La diferencia respecto a la Servotronic 1 es que posee un diámetro mayor de émbolo en la caja de dirección y 10 posiciones de encastre en el dentado de la columna de dirección. Trabaja según el principio de la retroacción hidráulica activa.
En la zona por encima del casquillo de control va situado el émbolo de retroacción. Se encuentra comunicado con el distribuidor giratorio y con la barra de torsión, apoyado, por medio de bolas, contra el elemento centrador solidario del casquillo de control.
Cuando no está accionado el volante, no se ejerce torsión sobre la barra de torsión, por lo tanto, las bolas se encuentran dentro de una guía de casquete esférico. El espacio por encima del émbolo de retroacción queda sometido a la presión del aceite.
Según la magnitud de la presión del aceite varía la fuerza que ejerce el émbolo de retroacción sobre las bolas y, consiguientemente, sobre el casquillo de control. Cuanto mayor es la presión del aceite, tanto mayor es a su vez la fuerza ejercida y tanto mayor también el par de mando que tiene que aplicar el conductor al volante.
El elemento actuador para el control de la presión es la electroválvula para Servotronic. El sistema ESP informa a través de la red multiplexada de la velocidad de marcha a la unidad de control, que excita la válvula para modificar su sección de apertura.
Cuanto menor resulta la caída de presión en la válvula, mayor es la presión en la cámara por encima del émbolo de retroacción.
Ventajas Adicionales de Servotronic 2
Esta versión, además de las funciones de la Servotronic, aporta dos ventajas más:
- Por el diseño de la guía de casquete esférico, que aloja las bolas, impone un centraje adicional, sobre todo a velocidades superiores, aumentando así la estabilidad rectilínea.
- No se reduce la presión del aceite ni el caudal volumétrico. Por tanto, se dispone siempre de reservas de seguridad para situaciones de emergencia, como correcciones repentinas e imprevistas.