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Cómo funciona una dirección asistida eléctricamente (EPAS)

Los primeros vestigios de la dirección asistida datan de 1876, prácticamente a la vez que los primeros pseudo-coches y algunos años antes que el famoso triciclo de Benz. Un tal G.W. Fitts consiguió una patente de la que poco más se sabe, aparte de que no llegó a producirse. Tampocó entró en producción la invención de Frederick W. Lanchester, en 1902, de una dirección asistida hidráulica.

En los años 20 del siglo pasado, Francis W. Davis, ingeniero de la Pierce Arrow Motor Car Company, desarrolló un sistema de dirección asistida para camiones (donde el problema de una dirección pesada era peor aún) que acabó instalándose también en coches. Tras un intento de acuerdo fallido con General Motors, en 1936 la empresa Bendix Corporation negoció con Davis para fabricar su sistema y montarlo en sus vehículos. En 1939 apenas se habían vendido 2 coches con dicha dirección asistida… Hasta que estalló la Segunda Guerra Mundial. Los militares requerían vehículos con facilidad de uso y aquí entró en juego el invento de Davis y Bendix: para cuando acabó la guerra, más de 10,000 vehículos equipaban su sistema de dirección asistida.

Tras la guerra, Chrysler comenzó a desarrollar su propia dirección asistida hidráulica, basándose en las patentes de Davis. Lo llamaron ‘Hydraguide’ y lo montaron en el Chrysler Imperial por primera vez en 1951. Dos años después, había 1 millón de vehículos circulando con dirección asistida. En 1956, uno de cada cuatro coches en EE.UU. tenía una dirección de este tipo. Lo que vino después es historia.

Aunque los primeros vestigios se remontan al siglo XIX, no fue hasta 1951 cuando se vendió el primer coche de calle con dirección asistida

La asistencia hidráulica funciona gracias a una bomba de alta presión alimentada por la energía del propio motor a través de una correa. Un ariete hidráulico es movido por el fluido que se presuriza gracias al movimiento de la correa. Una válvula de control dicta cuánta presión se necesita para mover las ruedas en cualquier dirección dependiendo de la señal de entrada que estemos dando a través del volante. El sistema hidráulico aumenta la carga aplicada en la cremallera de la dirección, reduciendo así el esfuerzo necesario por parte del conductor para cambiar de dirección.

Dirección asistida hidráulica - Audi A8

Dirección asistida hidráulica del Audi A8

Aunque desde su primera aparición, y hasta nuestros días, este sistema ha sido muy popular, tiene sus desventajas. Por un lado, el hecho de que la bomba hidráulica esté movida por el motor significa que hay cierta pérdida de potencia, y por tanto una menor eficiencia. Además, requieren un complejo circuito hidráulica que ocupa espacio y pesa.

Por otra parte, cada vez más coches, incluso los no puramente prestacionales, ofrecen la posibilidad de variar ciertos parámetros del chasis, entre ellos la dirección. Variar el grado de asistencia con una dirección asistida hidráulicamente se antoja complicado, pues el grado de viscosidad del fluido es un parámetro predispuesto e invariable una vez en funcionamiento.

Es aquí donde surgen las direcciones electrohidráulicas, en las que, en vez de utilizar una bomba hidráulica conectada al motor, se emplea un motor eléctrico para mover la bomba hidráulica. En este caso la bomba hidráulica sólo funciona cuando lo requerimos, no todo el tiempo, y al ritmo que se necesita para operar la dirección. Además, al no estar conectada al motor del vehículo reduce el consumo (la alimentación del motor que mueve la bomba se hace a través de la batería del coche).

Dirección asistida electrohidráulica del Audi A1

El surgimiento de la EPAS -o dirección asistida eléctricamente-

Y es aquí donde llegamos a la dirección asistida eléctricamente. Hace algún tiempo, a algún grupo de ingenieros se le ocurrió facilitar los giros gracias a la inestimable ayuda de los electrones.

¿Cómo funciona este sistema? Unos sensores electrónicos recogen información sobre la posición del volante (ángulo de giro que tenemos) y la velocidad del vehículo y, en base a eso, un motor eléctrico aplica un par de asistencia, que varía permanentemente, en función del esfuerzo que el conductor esté ejerciendo desde el volante.

Motor eléctrico - dirección asistida eléctrica EPAS

Corte del sistema corona-sinfín accionado por el motor eléctrico

Entremos algo más en detalles. Con la información necesaria recogida, la unidad de potencia produce una corriente eléctrica correspondiente al par calculado. Esta carga eléctrica hace moverse al motor eléctrico, que acciona una reductora (corona + tornillo sinfín) y esta, a su vez, mueve la cremallera de la dirección provocando una fuerza que se traduce en el movimiento que desplazará las ruedas hacia un lado u otro.

Hay que tener en cuenta también el retorno de la dirección (lo que podríamos denominar ‘autocentrado’). Aquí también entra en acción el motor eléctrico. Tras girar una esquina o trazar una curva, el ‘cerebro’ del sistema determina el par de retorno (o corriente de retorno) para volver a alinear las ruedas y puede hacerlo de dos formas: calculándolo instantáneamente en función del ángulo de giro para una velocidad dada o con ayuda de un conjunto de valores grabados previamente en su memoria.

Dirección asistida electromecánica - Audi A6

Diagrama del sistema de dirección asistida eléctricamente del Audi A6

¿Dónde se colocan dichos motores eléctricos y qué ventajas tiene este tipo de asistencia? Hay tres esquemas básicos: sobre la misma columna de dirección, sobre la cremallera y sobre el piñón.

El primer sistema es el más común y menos costoso y se monta principalmente en vehículos pequeños, donde las cargas en el eje de dirección no excedan los 1,000 kilos de peso. El motor eléctrico se instala sobre la parte de la columna de dirección situada en el habitáculo. Además, de esta manera no hay que preocuparse por las altas temperaturas que se dan debajo del capó y que pueden afectar al motor eléctrico (si la temperatura de este asciende por encima de los 100 °C, empieza a reducir la servoasistencia).

En el segundo caso, el motor eléctrico está integrado en la propia cremallera, añadiendo más peso sobre el eje delantero. Por su parte, el montaje sobre el piñón es el más simple en términos de implantación. En este, el motor eléctrico se encuentra al pie de la columna de dirección. De esta manera, la columna no se ve afectada por el par suministrado por el motor eléctrico y no debe estar sobredimensionada.

Dirección asistida eléctrica - disposición del motor eléctrico - Bosch

Disposición del motor eléctrico: en la columna (izq.) y sobre el piñón (der.)

Las ventajas de la asistencia eléctrica saltan a la vista: se elimina todo el circuito hidráulico (bomba de aceite, depósitos y todos los conductos del sistema), y con ello se reduce el peso del coche a la vez que conseguimos ganar espacio. También reduce el consumo de combustible, aunque dicha rebaja es de apenas unos pocos puntos porcentuales: una dirección asistida eléctricamente permite consumos alrededor de un 2% inferiores a un modelo equivalente con dirección hidráulica. No es mucho, pero la eficiencia se busca en todos sitios y este es uno más.

¿Inconvenientes? Tan pronto empezaron a probarse coches con este tipo de direcciones, la principal desventaja de la asistencia eléctrica fue la falta de sensaciones y de feedback, información a través del volante de lo que ocurre entre las ruedas y la carretera. Mientras, la asistencia hidráulica, en la que hay una transmisión física de elementos (fluido), sí ofrece -o puede ofrecer- buenas sensaciones al volante. Y desde un punto de vista menos pasional y más racional, la asistencia eléctrica no es aplicable a todos los vehículos. Tiene limitaciones en los más pesados y con ruedas más grandes que requieren más fuerza para moverlas: ya que la capacidad eléctrica del sistema de carga del vehículo (su batería) está limitada, puede no ser factible montar una dirección asistida eléctricamente debida al excesivo consumo eléctrico por parte del motor eléctrico.

Ganar eficiencia -y algunas cosas más- a cambio de perder sensaciones. ¿Merece la pena?

Además de la mayor eficiencia, los asistentes de aparcamiento automático serían inconcebibles sin una dirección asistida eléctricamente que los acompañase. Más de lo mismo con los asistentes de mantenimiento de carril y, por supuesto, con la conducción autónoma. Y lo que dijimos anteriormente: la posibilidad de variar el peso y la rapidez de la respuesta en diferentes modos de conducción, algo que es casi norma en deportivos actuales y cada vez más frecuente en coches más ‘mundanos’.

Vale… ¿Entonces qué asistencia es mejor?

En los últimos años, las direcciones tipo EPAS han evolucionado considerablemente, hasta el punto de aunar lo mejor de ambos mundos intentando dejar a un lado lo negativo de la asistencia eléctrica, su ausencia de feedback.

Es el caso, especialmente, de Porsche. A diferencia de otros fabricantes que usan sensores de par en las ruedas para calcular la fuerza a aplicar en la asistencia, Porsche emplea, además, sensores de guiñada, ángulo de dirección y tiene en cuenta otros parámetros del control de estabilidad para aumentar o disminuir la asistencia a un ritmo, además, mucho más frecuente; es decir, muchas más veces por segundo. Esto ayuda a conseguir un mejor feedback de la dirección para intentar ponerse -casi- a la altura de una dirección hidráulica.

Porsche 911 EPAS - Electric-power-steering

Sistema EPAS del Porsche 911 (991)

¿Por qué digo ‘casi’? Cuando se pudo probar la actual generación del 911, la 991, los periodistas más reputados del globo enseguida achacaron que su mayor pega era la dirección. Era un paso atrás respecto al 997. Qué mal, ¿verdad?

Aunque las direcciones eléctricas no igualan el feeling al volante de las hidráulicas, algunas marcas cada vez están más cerca de conseguirlo

Ahora es cuando debemos tener en cuenta que el 997 destacaba por ofrecer una estupenda sensación al volante, sobre todo en sus versiones GT3 y en especial el genial GT3 RS 4.0. Es decir, la dirección del 991 (mejorada luego en las versiones GT3, GT3 RS y R) era un paso atrás respecto a algo muy bueno, pero es con bastante probabilidad la mejor dirección asistida eléctrica del mercado y mejor que muchas hidráulicas. Porque no nos engañemos: una dirección asistida hidráulica puede resultar mala, igual que una sin asistir puede ser totalmente ineficaz a la hora de transmitir sensaciones. No miro a nadie ni a ningún modelo de Turín respecto a eso último…

Para alguien a quien le gusta disfrutar conduciendo es difícil decir que una buena dirección eléctrica es mejor que una buena hidráulica, si bien para muchos sería difícil diferenciar entre ambas. De lo que estoy seguro es que las direcciones con asistencia eléctrica seguirán mejorando en búsqueda de mayores sensaciones. Y lo que está claro es que, por diversas razones, la asistencia eléctrica está aquí para quedarse.

-Fuentes y Bibliografía:

Audi

Bosch

Fierroclásicos.com

Popular Mechanics

Autoevolution.com

Total911

www.sae.org

Sobre el Autor

Diego Gutiérrez

Aprendí a leer con los nombres de los coches que veía por la calle. A los 6 días de sacarme el carné, rompí un diésel atmosférico. Disfruto conduciendo cualquier cosa con motor y ruedas y en mis ratos libres estudio cosas ingenieriles.
Comment 1
  • bazzoka

    excelente articulo, super completo..

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