Estructura y funcionamiento de la columna de dirección asistida eléctrica

Hoy en día es imposible imaginar el mecanismo de dirección de un coche sin un amplificador. Y esto no solo se aplica a los potentes SUV o a los sedanes de clase ejecutiva. Ahora incluso los conductores de coches pequeños y compactos han empezado a apreciar la comodidad de la dirección. Sin embargo, bajo el capó de estos coches no suele haber mucho espacio para instalar una cremallera de dirección con servoasistido hidráulico o incluso eléctrico. Pero no es un problema: es posible colocar el asistente del conductor incluso en la columna de dirección. ¿Qué ventajas tiene este sistema y cómo se lleva a cabo? Veamos el ejemplo de un coche muy popular, el Volkswagen Lupo 1.2 TDI 3L, fabricado entre 1999 y 2005.

Características y ventajas de una columna de dirección eléctrica

Cabe señalar de inmediato que la columna de dirección eléctrica no puede considerarse únicamente como una variante de compromiso de la amplificación de la dirección. Este sistema, entre otras cosas, tiene sus propias ventajas significativas, a saber:

• controla las señales de entrada y salida, así como el funcionamiento de otros componentes del mecanismo de dirección;
• proporciona al conductor una sensación más clara del contacto con la carretera;
• ayuda a alinear el volante en posición recta;
• aumenta el control de la dirección en función de las condiciones reales de conducción;
• solo funciona cuando el conductor gira el volante, sin consumir energía en rectas.
• El último factor contribuye al hecho de que dicho sistema electromecánico es muy diferente en parámetros de un sistema hidráulico tradicional. Según una investigación de Volkswagen, las diferencias son las siguientes para el modelo Lupo:

Entre otras cosas, porque en un sistema de dirección asistida hidráulica todos los componentes del sistema se instalan después del eje de toma de fuerza de la dirección, mientras que en un sistema de dirección asistida electromecánica la dirección asistida se instala antes del eje de toma de fuerza.

Otra ventaja importante es que la dirección asistida del altavoz está alojada en una unidad compacta, por lo que no necesita un cableado largo y complicado. Y, por último, quizás lo más valioso para los conductores: dado que el motor eléctrico que amplifica la rotación acciona el engranaje helicoidal situado justo al lado del volante, el conductor tiene una sensación de dirección directa, que es la misma respuesta a la carretera que si no hubiera dirección asistida.

Diseño de la columna de dirección asistida eléctrica

Los componentes principales de la parte superior del mecanismo de dirección en esta disposición se muestran en la figura

• interruptores de los intermitentes y los limpiaparabrisas,
• carcasa de la columna de dirección,
• engranaje helicoidal,
• unidad de control electrónico de la columna de dirección,
• eje de transmisión del mecanismo de dirección.

Además, en el interior hay instalados sensores muy importantes: sensores de posición y de par de dirección.

Y así es como se ve la columna de dirección eléctrica en una sección transversal de toda la parte delantera del coche:

Ahora vamos a profundizar en los componentes de la columna de dirección, que está equipada con dirección asistida eléctrica. Se pueden dividir en dos grupos:

1. Eléctricos.

2. Mecánicos.

El primer grupo incluye los siguientes componentes electrónicos:

• motor eléctrico y su acoplamiento;
• unidad de control EPS;
• sensores de par de dirección y posición de dirección en una carcasa común.

El segundo grupo se utiliza en todas las columnas, no solo en las electromecánicas. Estos son:

• ejes: dirección y transmisión;
• la carcasa de la columna de dirección, que es regulable en altura;
• accionamiento por tornillo sinfín con tornillo sinfín y piñón;
• husillo intermedio;
• barra de torsión.

Esta barra de acoplamiento es el componente central de una columna de dirección asistida eléctricamente. La barra de torsión conecta mecánicamente el husillo intermedio al eje de accionamiento por tornillo sinfín. Esto permite que las dos partes giren en sentido contrario en un pequeño ángulo. Esto es suficiente para que el sistema reconozca el inicio de la dirección.

El eje cardánico consta de dos horquillas conectadas a un brazo telescópico corto. Compensa la longitud del mecanismo de ajuste de altura y protege al conductor y a los pasajeros en caso de colisión frontal. Si el conductor eleva la palanca hacia arriba durante el ajuste, esta se acorta, lo que reduce la distancia entre el volante y el mecanismo de dirección. Si ocurre lo contrario, la palanca telescópica se alarga. El rango de ajuste del Volkswagen Lupo es de 39 mm.

El engranaje helicoidal se encuentra en la caja de cambios de aluminio junto con el motor eléctrico. El tornillo sinfín del eje del motor engrana con el engranaje del eje de dirección, lo que permite amplificar la rotación del volante directamente casi donde lo hace el conductor. El eje del motor está conectado al eje sinfín mediante un acoplamiento de goma flexible, de modo que el par de arranque del motor se transmite con la mayor suavidad posible. El motor eléctrico tiene una potencia de 720 W y desarrolla un par de 2 Nm. La electrónica está diseñada para tener un tiempo de respuesta extremadamente corto, de modo que reaccione lo más rápidamente posible a los movimientos de la dirección.

La carcasa del sensor de posición y ángulo de dirección está montada encima del engranaje. El primero está acoplado al eje del engranaje helicoidal. Registra la posición actual del timón o su bloqueo. El segundo está conectado a la barra de torsión. Calcula el ángulo de rotación de la barra de torsión en relación con el eje intermedio. La unidad de control calcula el par en función de esta señal. Si el par calculado supera un valor de 0,01 Nm, la unidad de control decide si es necesario reforzar la dirección. <También atornillado a la carcasa del engranaje helicoidal hay un bastidor en el que está instalada la unidad de control electrónica de la dirección asistida. Calcula la asistencia necesaria para el conductor basándose en los datos recibidos de los sensores y teniendo en cuenta la velocidad del vehículo. La carcasa del sensor está conectada a la unidad de control mediante un conector de 6 pines. Si la unidad de control detecta un fallo en el sistema de dirección asistida, enciende la luz indicadora de dirección en el cuadro de instrumentos.

Cómo se mejora la dirección electromecánica

El conductor comienza a girar el volante. Al mismo tiempo, la barra de torsión gira. El sensor de par que gira con la barra de torsión envía a la unidad de control señales que indican la magnitud y la dirección de rotación del par de dirección. La unidad calcula la asistencia necesaria basándose en estas señales y activa el motor eléctrico. La combinación del par que actúa sobre el volante y el par de asistencia constituye el par efectivo que actúa sobre el mecanismo de dirección.

Si el conductor aumenta el par aplicado al volante, el motor eléctrico aumenta el par. Si disminuye, la torsión de la barra de torsión disminuye. Como consecuencia, el sensor de par de dirección proporciona una señal más pequeña a la unidad de control. <Cuando el conductor suelta el volante durante una curva, se libera la tensión de la barra de torsión. Al mismo tiempo, el sistema electrónico desactiva el motor eléctrico, ya que la asistencia al par ya no es necesaria. Sin embargo, si el sensor de posición de la dirección detecta que el vehículo sigue sin circular en línea recta, se activa el motor eléctrico para que el volante vuelva activamente a la posición recta.

Reparación de una columna de dirección asistida

Aunque el diseño descrito es bastante fiable, el paso del tiempo y el uso activo suelen provocar averías. Las piezas más propensas a fallar son:

• Anillos sensores de plástico;
• los propios sensores;
• los travesaños del eje de transmisión.

Aunque la columna de dirección eléctrica es menos vulnerable que otros tipos de dirección asistida porque se encuentra dentro de la cabina, también puede sufrir corrosión. Los contactos del sensor y la unidad de control pueden oxidarse, e incluso las juntas estriadas de los componentes mecánicos.

Lamentablemente, el fabricante no ofrece la sustitución de componentes separados del amplificador eléctrico, ya que, en su opinión, hay que cambiar toda la columna por completo. Pero no todos los propietarios de automóviles pueden permitírselo.

Por eso invitamos a quienes tengan problemas con estas unidades a acudir al taller STS. Nuestros especialistas cualificados pueden reparar cualquier unidad de dirección asistida en el menor tiempo posible y a un precio asequible.