La electrónica aplicada a la cremallera y al volante

Hasta la irrupción de la electrónica en todas las áreas del vehículo, la dirección fue, de todos los sistemas, el que menos evolucionó.

Los requerimientos de eficiencia energética de los motores y las exigencias de los sistemas de control dinámico del vehículo han impulsado el avance exponencial de los ultimísimos años.

En los inicios del automóvil, los hitos tecnológicos del sistema de dirección de aquellos descendientes de los carruajes fueron la utilización del volante, herencia del timón náutico, y la adopción de la geometría de Ackermann en las cotas de dirección, que permite diferentes radios de giro en las ruedas delanteras.

En aquellos años se produjo una cierta coexistencia de mecanismos de accionamiento de dirección: la barra de acoplamiento, el tornillo sinfín, el de recirculación de bolas... El sistema de cremallera se terminó imponiendo debido a su sencillez.

Durante décadas, la evolución del sistema de dirección se limitó a la incorporación de la asistencia hidráulica, que incluía una bomba de presión accionada por el motor térmico. Se empezó a incorporar en los vehículos industriales pesados y posteriormente en los vehículos de turismo equipados con motor diésel, debido al mayor esfuerzo de giro que imponía su peso.

El primer paso hacia el control electrónico de la dirección fue la implementación de la asistencia hidráulica variable, producida cuando la revolución digital alcanzó al automóvil, al finalizar los 80. En este novedoso sistema, la unidad de control comandaba la asistencia hidráulica mediante la activación variable de la electroválvula de paso en función de los datos obtenidos por los sensores de velocidad del vehículo, del ángulo de giro del volante, etc.

Fue en estos años cuando se produjo la aparición de los sistemas de accionamiento de la dirección con motor eléctrico. Los primeros se limitaban a utilizar dicho motor como sustituto de la bomba mecánica de presión en el circuito hidráulico, pero fueron reemplazados por sistemas eléctricos puros EPS en los que el motor de asistencia actúa directamente sobre la barra de dirección en algunos casos y sobre la cremallera, en otros. La asistencia eléctrica presenta como principales ventajas la mayor eficiencia energética y la reducción del número de componentes al eliminar el circuito hidráulico.

El siguiente paso ha sido la implantación del sistema que permite controlar no solo la asistencia, sino también la desmultiplicación de giro de la dirección. Del mismo modo, comienzan a proliferar los modelos que incorporan la dirección a las cuatro ruedas 4WS. El sistema permite el giro de las ruedas posteriores en el sentido contrario a las delanteras en maniobras de aparcamiento y giros muy cerrados, y en el mismo sentido al trazar curvas a gran velocidad.

Como se ha podido constatar, la naturaleza de las anomalías del sistema que el taller tiene que afrontar ha cambiado sustancialmente en muy pocos años. A los procedimientos habituales de sustitución de rótulas y cremalleras, y ajuste de las cotas de dirección, se ha añadido la necesidad de diagnosticar y reparar los sistemas de dirección de última generación. Algunas de las averías más habituales son las siguientes:

• Averías internas en la unidad de control de la dirección o en el motor eléctrico de asistencia.
• Defectos en los sensores de información de entrada al sistema, como el sensor de par-velocidad de giro de volante.
• Pérdida de codificación de la unidad de control o de los valores de aprendizaje de los sensores del sistema, como el sensor de giro del volante.
• Perturbaciones en la comunicación multiplexada de la unidad de control de dirección con otras unidades de la red del sistema dinámico del vehículo, como la de control del motor, la de control dinámico de estabilidad, etc. Podrían ser causadas por un defecto un defecto en alguna unidad de control o por una anomalía en la instalación eléctrica de cableado-conexionado de comunicación.
• Anomalías en el sistema de alimentación eléctrica de potencia.

En los siguientes enlaces se facilitan algunos ejemplos representativos, obtenidos en la actividad diaria de asistencia y documentación de la plataforma https://www.averiasresueltas.com:

• https://www.averiasresueltas.com/control-defectuoso-de-la-direccion/
• https://www.averiasresueltas.com/la-direccion-asistida-electrica-no-esta-operativa/
• https://www.averiasresueltas.com/no-hay-asistencia-al-giro-de-volante-de-la-direccion-asistida-electrica/

En un futuro próximo, la evolución del sistema dirigirá sus pasos hacia la funcionalidad drive-by-wire: ya no habrá una unión física entre el volante y el giro de las ruedas, y la dinámica quedará encomendada al sistema de control de estabilidad, que decidirá la trayectoria y las correcciones a partir de la solicitud del conductor al volante. Se trata de un claro anticipo de lo que será la conducción autónoma del vehículo cuando la evolución tecnológica de los sistemas de comunicación y la legislación lo permitan.