Universidad De Las Fuerzas Armadas Espe

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE

DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRÍZ PROYECTO MANTENIMIENTO MECÁNICO AUTOMOTRIZ II VI NIVEL TEMA: SISTEMA DE DIRECCIÓN A LAS CUATRO RUEDAS

GRUPO 4

Denis Ugeño Paucar Henry Jaime León

Latacunga  – 11 de Mayo del 2014

OBJETIVOS:  

Determinar las partes del sistema de dirección de las 4 ruedas Analizar el funcionamiento de las 4 ruedas del Renault laguna

MARCO TEÓRICO: DIRECCIÓN A LAS CUATRO RUEDAS

Este sistema lo equiparon automóviles como el Toyota Célica, Honda Prelude, Mitsubishi Galant y Mazda RX7. También lo implementaron algunos automóviles europeos como el Citröen ZX, el Xsara y el Peugeot 306.  Actualmente lo montan muy pocos modelos nuevos, un ejemplo lo tenemos en el Renault Laguna en alguna de sus versiones más deportivas. Tenemos dos sistemas de dilección a las 4 ruedas básicamente, uno sencillo que se basa en girar las ruedas traseras, por medio de un pequeño giro de la suspensión que soporta a las ruedas y que no está unida fijamente a la carrocería, sino que la unión se hace a través de una unión elástica que permite un pequeño giro de 3 a 5º. Un ejemplo de este tipo, es el  eje trasero auto direccional que monta el Citröen ZX. El otro sistema utilizado para hacer girar las ruedas traseras, es el utilizado por la marca Honda en su modelo Prelude. Este sistema es mucho más complejo que el anterior. El volante de la dirección además de hacer girar las ruedas delanteras, hace girar también a las ruedas traseras, para eso cuenta con un mecanismo que actúa sobre las ruedas delanteras y traseras al mismo tiempo. La función de girar las ruedas en varios ejes de un vehículo no es nada nuevo ya que este sistema lo vienen utilizando desde hace tiempo, camiones, maquinaria pesada y también vehículos militares como las tanquetas, que buscan principalmente una buena maniobrabilidad utilizando el menor espacio posible.

Figura 1. Dirección en las 4 ruedas de una volqueta

La función del eje trasero en el sistema de dirección de un automóvil tiene su importancia, por eso estudiaremos que procesos se suceden cuando el vehículo toma una curva o cambia de dirección. Cuando el automóvil toma una curva en el eje delantero se produce un ángulo de deriva de las ruedas delanteras que generan una fuerza lateral. Lo mismo que en el eje delantero ocurre en el eje trasero, con la diferencia que la fuerza lateral llega con un cierto retraso, ya que las ruedas del eje delantero son las primeras en tomar la curva. Este retraso en el eje trasero provoca, sobre todo a elevadas velocidades, una cierta tendencia del vehículo a querer rotar sobre su eje vertical. Este efecto provoca un balanceo de la carrocería que no resulta peligroso si se mantiene con firmeza el volante. Este defecto puede corregirse si a las ruedas del eje trasero se le permite dar una cierta orientación en el sentido conveniente, sobre todo a altas velocidades que es cuando mas se nota este problema. El otro efecto que se busca cuando se pueden orientar las ruedas del eje trasero, es que en las maniobras a bajas y medias velocidades se puedan conseguir menores diámetros de giro, lo que facilita las maniobras en ciudad y garajes. Por lo expuesto anteriormente el sistema de dirección en las 4 ruedas, intenta conseguir dos objetivos, mejorar el paso por curva a altas velocidades y conseguir mejores maniobras en espacios reducidos. El conseguir orientar las ruedas del eje trasero teniendo en cuenta la orientación que toman las ruedas del eje trasero no es tarea fácil, como vamos a ver a continuación. Teniendo en cuenta los estudios que han realizado los fabricantes que han desarrollado estos sistemas, la orientación de las ruedas traseras deberán orientarse de la siguiente manera. En la figura (A) las ruedas están orientadas un cierto ángulo que no es grande, en este caso las ruedas traseras están orientadas en el mismo sentido. En la segunda figura (B) vemos que las ruedas del eje delantero están orientadas un ángulo mucho mayor que el anterior caso, en este supuesto se puede ver que las ruedas del eje trasero estarían orientadas en sentido contrario.

Figura 2. Orientación de las ruedas a ciertos ángulos

El supuesto (A) visto en la figura anterior corresponde, por ejemplo, a una maniobra de cambio de carril en una autopista a alta velocidad. En la figura inferior podemos ver este supuesto donde el color rojo representa la posición del automóvil con un sistema 4WS y el color negro sin dirección a las 4 ruedas .

Figura 3. Maniobras en curvas

El supuesto (B) por el contrario corresponde a una maniobra a baja o media velocidad en un espacio pequeño o en una curva muy cerrada. En la figura inferior podemos ver este supuesto donde el color rojo representa la maniobra con un vehículo con 4WS y el color negro sin 4WS. Se puede apreciar como el vehículo con 4WS necesita menos diámetro de giro para realizar la maniobra

Figura 4. Reducción del diámetro de giro con dirección en las 4 ruedas

En este último caso, al tomar una curva cerrada, aunque sea a baja velocidad, la estabilidad es mucho mayor en un automóvil dotado de 4WS, que en uno sin este sistema. Todo esto teniendo en cuenta que se toma la curva más cerrada y a la misma velocidad. Para hacer esta maniobra las ruedas del eje trasero están orientadas en sentido contrario a las ruedas del eje delantero. SISTEMA 4WS DE HONDA

El sistema de dirección a las 4 ruedas de Honda, seguramente será el más reconocido, ya que uno de sus modelos, en concreto el Honda Prelude en su 3ª generación (1988 - 92) montaba este sistema, años más tarde a partir de la 4ª generación (1992 - 96) el sistema de dirección a las 4 ruedas es electrónico. Como se puede apreciar es técnicamente sencillo y se ha mostrado muy efectivo a lo largo del tiempo. Además sus desajustes y averías son mínimos.

Figura 1.- esquema del sistema de Honda

Los elementos que conforman el sistema 4WS son:     

Sistema de dirección convencional Eje transmisión Caja de dirección delantera Caja de dirección trasera Bieletas de dirección

Figura 2.- elementos que forman el sistema de dirección 4WS

En la figura se puede observar que Se trata de un sistema de engranajes planetarios que crean la desmultiplicación necesaria para el movimiento de las ruedas traseras siempre con un ángulo muy inferior al alcanzado en las ruedas delanteras. La presencia de una corredera provista de su correspondiente guía permite lograr un pequeño desplazamiento que necesita el sistema y que transmite a las ruedas a través del reenvío a la bieleta que acciona directamente a las ruedas.

Figura 3.- caja de dirección

SISTEMA 4WS ELECTRÓNICO

La gestión electrónica de la dirección en el eje trasero es una evolución lógica de los sistemas 4WS "mecánicos" estudiados en el Honda Prelude a partir de la 4ª generación (1992) se aplicó el control electrónico.

Con la gestión electrónica podemos tener en cuenta otros parámetros para orientar las ruedas traseras. Uno de estos parámetros es la velocidad del vehículo. El sistema funciona de forma que, cuando se afronta una curva cerrada a menos de 60km/h, las ruedas traseras pueden llegar a girar en 3,5 grados en el sentido contrario al de las delanteras, ayudando a tomar la curva, además de requerir menos giro del volante. A velocidades superiores a 60km/h, las ruedas traseras toman la misma dirección que las delanteras.

Los sistemas

electrónicos de control del 4WS tienen una luz testigo que avisa al conductor en el caso de que exista fallo en algún elemento del equipo. También disponen de un mecanismo automático que, en caso de que se produzca esta avería, las ruedas traseras quedan automáticamente centradas en línea recta de forma permanente, hasta que se solucione la avería acudiendo al taller .

Figura 8 Esquema del sistema de dirección 4WS eléctrico

ACTUADOR DE LA DIRECCIÓN TRASERA

Este elemento sustituye a la caja de dirección trasera de los sistemas "mecánicos".

Este sistema no dispone de la posibilidad de orientar las ruedas traseras en sentido contrario a las ruedas del eje delantero.

Figura 9.Actuador de la dirección trasera

 Actualmente un fabricante que incorpora el sistema 4WS en sus automóviles es Renault. El fabricante francés en su modelo Laguna Coupe incorpora este sistema

Figura10. Modelo laguna Coupe de Renault

DESARROLLO SISTEMA 4CONTRO DE RENAULT

Es un sistema de dirección en las ruedas traseras que mejora la seguridad activa. Las ruedas traseras tienen dirección, como las delanteras, y pueden girar en el mismo sentido o en el contrario. Con el fin de mejorar el comportamiento dinámico y la seguridad activa Renault desarrolla conjuntamente con Aisin y Renault Sport un sistema de dirección a las cuatro ruedas llamado comercialmente Active Drive, 4Control, 4RD. Sistemas de dirección a 4 ruedas (4WD) se utilizaron en los años 80 y 90 principalmente por marcas japonesas pero cayeron en desuso por la complejidad y coste, aprovechando la evolución tecnológica de la informática y electromecánica embarcada actualmente Renault ha conseguido junto con el fabricante japonés Aisin conocedor de las tecnologías anteriores desarrollar un sistema fiable y de precio contenido puesto a punto en cuanto al comportamiento por Renault Sport Technologies. Las ventajas son una mayor seguridad activa: comportamiento más facil con mayor maniobrabilidad en situaciones normales, mejor respuesta en combinación con el ESP en situaciones extremas, mejor comportamiento en frenadas con adherencia asimétrica. Mayor agilidad, disminución del radio de giro en curvas, menor giro de volante haciendo un efecto de dirección más directa y de batalla más corta, haciendo que el coche sea más manejable. PARTES DEL TREN TRASERO DEL RENAULT LAGUNA

Figura 11. Componentes del tren trasero

El sistema está compuesto por un tren trasero similar al montado en el Laguna 2 ruedas directrices con unas manguetas articuladas 5 movidas por unas bieletas con rótulas 4 que son empujadas por un balancín 3 que es desplazado por un actuador eléctrico que incorpora un motor, un tren epicicloidal y un captador de posición 2 . La gestión electrónica y la alimentación eléctrica son realizadas por el calculador 1 El calculador de dirección en las 4 ruedas se comunica con la red multiplexada del vehículo. El calculador de dirección en las 4 ruedas utiliza principalmente la velocidad de referencia del vehículo y el ángulo del volante que recibe del calculador de ABS/ESP para determinar una consigna para girar las ruedas traseras. También recibe del mismo elemento información del cabeceo y guiñada del vehículo y envía información al ESP para ciertas correcciones .Recibe informaciones sobre régimen de motor y estado de alimentación eléctrica de Unidad de Protección y Conmutación (UPC) Envía información a través de la Unidad Central Habitaculo (UCH) al calculador de faros direccionales para corregir en función del giro de las 4 ruedas. Informa a través del cuadro si hay alguna anomalía. El sistema pasa a ser inactivo de forma automática cuando se dan las condiciones siguientes: 

la velocidad del vehículo es nula,



el motor está parado, y la alimentación después de contacto está cortada.



En caso de fallo la dirección permanece en el centro y enciende chivato en el cuadro

Renault Active Drive  – Dirección en las Cuatro Ruedas

Figura 12. Renault Laguna

El chasis de cuatro ruedas motrices activo dispone de una serie de ventajas.  Aparte de la capacidad de mayor respuesta de manejo y una conducción más estable, ofrece un nivel incomparable de precisión de la dirección, que instintivamente pone el vehículo en la trayectoria correcta, produciendo un notable nivel de confort de conducción y seguridad activa. Incluso a velocidades muy bajas, el sistema es inmediatamente operativo y sorprendentemente efectivo. El vehículo es muy fácil de conducir en calles estrechas de ciudad y en carreteras sinuosas.

Figura 13. Renault Laguna en curvas cerradas

FUNCIONAMIENTO:

Orientación de las ruedas traseras. Marcha hacia delante: 

V = 0, no giran, aunque gire el volante.



V > 2 Km./h., comienzan a girar.



V < 60 Km./h. giro opuesto a las ruedas delanteras.



V > 60 Km./h. giro en mismo sentido que las ruedas delanteras.



 Ángulo máximo de giro: +/- 3,5 grados.

En marcha atrás: 





V < 10 Km./h., giro de 0º a 1º. V > 10 Km./h., giro de 0º a 3,5º En caso de modo degradado, vuelven a 0º

El «4Control» es un sistema de dirección en las ruedas traseras que mejora la seguridad activa. Las ruedas traseras tienen dirección, como las delanteras, y pueden girar en el mismo sentido o en el contrario. Cuando giran en sentido contrario aumenta la  guiñada y disminuye el diámetro de giro, mientras que cuando lo hacen en el mismo sentido, disminuye la guiñada. De cara a la seguridad activa, su función es la misma que la del control de estabilidad, pero en ciertos casos puede ser incluso más efectivo.  Además, mejora la maniobrabilidad cuando el coche se desplaza a baja velocidad (maniobras de aparcamiento). Eso sí, las ruedas traseras sólo giran a partir de 2 km/h.

Figura 14. Dirección trasera girando en sentido contrario de la dirección delantera

Sobre el eje trasero torsional del Laguna, Renault ha colocado unos bujes que pivotan sobre un eje, con un ángulo máximo de 3,5º (mucho menor que el de las ruedas delanteras, que suelen girar en torno a 60º). Un motor eléctrico colocado al lado del eje trasero mueve las ruedas mediante un sistema de

palancas semejante al que hay en las ruedas delanteras. El sistema está controlado por una centralita que tiene en cuenta datos como la velocidad y aceleración angular del volante, ángulo de giro, la velocidad del coche y los datos que proporciona el control de estabilidad. La centralita evalúa esos datos cada centésima de segundo

Figura 15. Pivote con un ángulo de 3.50

Hasta una velocidad de 60 km/h, las ruedas traseras pueden girar en sentido contrario a las delanteras, lo que facilita las maniobras a baja velocidad. Esto supone que, con respecto al resto de versiones del Laguna, el diámetro de giro disminuya de 12,05 m a 10,80 m (con las llantas de aleación de 18" opcionales). Además, la dirección se vuelve más rápida (hay que mover menos el volante para conseguir el mismo efecto porque se suma el giro de las ruedas traseras).

Figura 16. Dirección trasera a bajas velocidades

Por ejemplo, para conseguir el mismo giro, sin el sistema de cuatro ruedas directrices se requiere 16º de ángulo de volante, mientras que con él únicamente es necesario un ángulo de 13,5º. Cuando las ruedas traseras han

cambiado de dirección al máximo (3,5º), sólo es necesario un ángulo de volante de 12º.  Además de mejorar la maniobrabilidad, la otra función del «4Control» por debajo de 60 km/h es aumentar la guiñada cuando es aconsejable. Eso permite que el coche sea más ágil, más capaz de cambiar de dirección, por ejemplo en un eslalon o en una curva muy lenta de carretera de montaña.  A partir de 60 km/h, las ruedas traseras cambian de dirección en el mismo sentido que las delanteras con objeto de disminuir la guiñada. Si el coche realiza dos cambios de dirección rápidos (por ejemplo, en una maniobra de esquive o en curvas enlazadas), la dirección trasera se puede utilizar para evitar un eventual sobreviraje.  Normalmente, en estas condiciones el giro de las ruedas traseras no es mayor de 2º (se tendría que dar una situación extremadamente violenta para que llegara al máximo de 3,5º).

Figura 17. Dirección trasera a altas velocidades

Otra función de sistema de dirección trasera es evitar una eventual pérdida de trayectoria durante una frenada sobre superficie de adherencia desigual. Si las ruedas de un lado entran en una superficie resbaladiza pero las del otro lado no lo hacen, se produce una cierta guiñada que el control de estabilidad debe controlar. Con el «4Control» es posible orientar las ruedas traseras para compensar esa guiñada y que el coche frene en línea recta.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN 4WS

Ventajas 

Máxima tracción en nieve y caminos escabrosos.

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Excelente estabilidad y control del vehículo en condiciones en carreteras con una baja adherencia.



Mejorar la maniobrabilidad

Desventajas 

Mayor costo de producción.

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Mayor complejidad técnica.



Mayor costo de mantenimiento.

CONCLUCIONES: 

El sistema de dirección en las 4 ruedas proporciona al conductor mayor estabilidad en las curvas cerradas



Disminuye el radio de giro.



El sistema de dirección del Renault es controlado por una computadora que indica cuando y como debe girar la dirección trasera

RECOMENDACIONES: 

Para su mejor entendimiento de este tipo de sistema de dirección en las 4 ruedas es recomendable tener el manual del f abricante.



Se recomienda realizar un mantenimiento preventivo de este sistema para evitar fallas en el mismo.

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Realizar un cuadro comparativo entre la dirección de las dos ruedas y las 4 ruedas.

BIBLIOGRAFÍA 

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