Sistemas de dirección asistida: tipos, componentes y funcionamiento

Este documento explora en profundidad los diversos sistemas de dirección asistida utilizados en vehículos modernos, detallando sus componentes, principios de funcionamiento y características específicas. Desde las configuraciones hidráulicas tradicionales hasta las avanzadas soluciones electromecánicas, se abordan las tecnologías clave que mejoran la maniobrabilidad y la seguridad al conducir.

1. Dirección de Cremallera

La dirección de cremallera es un sistema fundamental en la automoción, cuya actuación puede realizarse de dos maneras principales:

• Actuando directamente sobre el propio mecanismo de la cremallera.
• Actuando sobre la barra de acoplamiento.

2. Servodirección Hidráulica

La servodirección hidráulica es un sistema que utiliza la presión de un fluido para reducir el esfuerzo necesario para girar el volante. Sus elementos principales incluyen:

• Depósito de aceite: Almacena el fluido hidráulico.
• Bomba de paletas con válvula de caudal: Genera la presión necesaria para el sistema.
• Tubos de conexión: Conducen el fluido entre los componentes.
• Caja de la servodirección: Contiene el mecanismo de asistencia.

2.1. Componentes Detallados de la Dirección Asistida de Cremallera (Hidráulica)

Una configuración común de dirección asistida de cremallera hidráulica incluye los siguientes componentes:

• Depósito: Fabricado en chapa o plástico, alimenta a la bomba por gravedad.
• Bomba: Suministra líquido al circuito con una presión que oscila entre 3,5 y 85 bares.
• Regulador de caudal y presión: Formado por dos válvulas; una para mantener la presión constante y otra de descarga.
• Válvula distribuidora: Encargada de distribuir el líquido a través del cilindro de asistencia.
• Unión mecánica de seguridad: En caso de fallo en el circuito hidráulico, garantiza la unión mecánica con el piñón.
• Caja de servodirección: Compuesta por una caja de cremallera solidaria a un cilindro de asistencia.

2.2. Funcionamiento Básico de la Servodirección Hidráulica

La servoasistencia se obtiene enviando el líquido a presión a una cámara del cilindro y vaciando simultáneamente la otra, lo que facilita el movimiento de la cremallera.

2.3. Dirección de Cremallera Asistida sobre Barra de Acoplamiento

En este sistema, la ayuda es proporcionada por un cilindro en cuyo interior se desliza un pistón unido a un eje. Este eje transmite la asistencia hidráulica directamente a una barra de acoplamiento.

3. Sistemas de Dirección Asistida con Grupo Electrobomba

Esta variante de la dirección asistida hidráulica incorpora una bomba eléctrica, lo que permite un funcionamiento más eficiente.

3.1. Componentes de la Cremallera Asistida con Grupo Electrobomba

• Depósito: Almacena el fluido hidráulico.
• Grupo electrobomba: Su funcionamiento es independiente del motor del vehículo. Está constituido por una bomba de paletas arrastrada por un motor eléctrico que opera a unas 10.000 rpm.
• Válvula distribuidora: Controla el flujo del líquido.
• Cilindro de asistencia: Proporciona la fuerza adicional.

4. Otros Mecanismos de Dirección

4.1. Sistema de Tornillo sin Fin y Tuerca con Bolas Circulantes

En este sistema, la presión es proporcionada por una bomba independiente de lóbulos. En la parte interior del pistón y en su acoplamiento al sinfín, se encuentra la pista de bolas circulantes, que reduce la fricción y mejora la suavidad del movimiento.

5. Asistencia Variable Electromecánica (DAE)

La asistencia variable electromecánica se realiza mediante un motor eléctrico que transmite el movimiento de ayuda a la columna de dirección o directamente a la cremallera, ajustando la asistencia según las condiciones de conducción.

5.1. Asistencia Variable sobre Columna de Dirección

Este tipo de asistencia utiliza información de un sensor de par (que mide el esfuerzo del conductor en el volante) y un sensor de velocidad del vehículo para determinar el nivel óptimo de asistencia.

5.2. Ventajas de la Dirección Asistida Eléctrica (DAE)

• Ocupa menos espacio que los sistemas hidráulicos.
• Permite una dirección capaz de adaptarse a cada situación de conducción.

5.3. Dirección Electromecánica de Doble Piñón

Un sistema avanzado de DAE que incluye los siguientes componentes:

• Volante: Interfaz principal del conductor.
• Mando combinado: Controla diversas funciones.
• Columna de dirección: Transmite el movimiento del volante.
• Sensor de par: Mide el esfuerzo del conductor.
• Caja de dirección: Contiene el mecanismo de cremallera.
• Motor para dirección asistida electromecánica: Proporciona la asistencia.
• Unidad de control para dirección asistida: Gestiona el funcionamiento del sistema.

5.4. Ventajas Adicionales de la Dirección Asistida Electromecánica

Los sistemas DAE ofrecen múltiples beneficios:

• Suprimen los componentes hidráulicos (bomba, mangueras, fluido).
• Se elimina la necesidad de líquido hidráulico, reduciendo el mantenimiento y el impacto ambiental.
• Se reduce el espacio requerido en el compartimento del motor.
• Son menos ruidosos en comparación con los sistemas hidráulicos.
• Contribuyen a la reducción del consumo energético del vehículo.

6. Asistencia Variable Hidráulica

En este sistema, la asistencia se realiza mediante una bomba hidráulica que proporciona la energía necesaria para transmitir el movimiento a la cremallera, ajustando la fuerza según la velocidad y el esfuerzo.

6.1. Componentes de la Asistencia Variable con Accionamiento Mecánico

• Depósito de aceite: Almacena el fluido.
• Bomba de paletas: Genera la presión.
• Regulador de caudal: Controla el flujo.
• Tubos de conexión: Conducen el fluido.
• Caja de dirección: Contiene el mecanismo.
• Sensor de velocidad: Ubicado en la caja de velocidades, informa sobre la velocidad del vehículo.
• Calculador electrónico: Procesa la información y controla la asistencia.
• Convertidor electrohidráulico: Situado sobre la caja de dirección, ajusta la presión hidráulica.
• Serpentín de refrigeración: Mantiene la temperatura adecuada del fluido.

7. Dirección Asistida Electrohidráulica (DAEH)

La DAEH combina lo mejor de ambos mundos: recurre a la hidráulica para realizar la asistencia, pero 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 la marcha, ofreciendo una respuesta precisa y eficiente.

8. Sistemas Servotronic

8.1. Sistema Servotronic

En el sistema Servotronic, la barra de torsión va comunicada directamente con el eje de la columna por medio de una articulación cardán, permitiendo una asistencia variable controlada electrónicamente.

8.2. Sistema Servotronic II

El Servotronic II se diferencia de su predecesor en que tiene un diámetro mayor del émbolo en la caja de dirección y cuenta con 10 posiciones de encastre en el dentado de la columna, lo que puede ofrecer una mayor precisión y rango de asistencia.

8.3. Ventajas de los Sistemas Servotronic

• Aumenta la estabilidad rectilínea del vehículo a altas velocidades.
• No se reduce la presión del aceite ni el caudal volumétrico, asegurando un rendimiento constante.

9. Componentes Clave y Mantenimiento

9.1. Electrovalvula en Sistemas de Dirección

Una electroválvula es un componente crucial en muchos sistemas de dirección asistida variable. Su principio de funcionamiento es que cuanto mayor es la intensidad de la corriente eléctrica que la atraviesa, menor es la sección de la abertura de paso del fluido, permitiendo un control preciso de la asistencia.

9.2. Procedimiento de Purga de la Servodirección

La purga es esencial para eliminar el aire del sistema hidráulico y asegurar su correcto funcionamiento:

1. Conectar la bomba de vacío manual al tapón del depósito.
2. Poner el motor en marcha y girar el volante completamente a la derecha.
3. Parar el motor y accionar la bomba de vacío para crear un vacío.
4. Llevar el sistema a presión ambiental mediante la bomba.
5. Girar el volante completamente a la izquierda y repetir el proceso desde el paso 2.

9.3. Control del Nivel de Aceite en la Servodirección

El mantenimiento regular del nivel de aceite es vital para la longevidad del sistema:

1. Poner el motor en marcha y girar el volante de tope a tope varias veces.
2. Observar que el nivel de aceite no baje del mínimo indicado en el depósito.
3. Verificar la estanqueidad de todos los componentes del circuito para detectar posibles fugas.
4. Parar el motor y comprobar el nivel de líquido nuevamente, ajustándolo si es necesario.