[Curro Romero]

GEOMETRÍA DE LA DIRECCIÓN

Cabe distinguir la geometría de la dirección, de la geometría de las ruedas. Así, es fácil comprobar cómo, una gran mayoría de usuarios, denomina como geometría de la dirección al conjunto de cotas, tales como el avance, caída, etc, cuando dichas cotas conforman la llamada geometría de las ruedas.
La geometría de la dirección se define, como las condiciones geométricas que este mecanismo ha de cumplir para ejercer su funcionamiento. Se divide en dos partes, claramente diferenciadas, pero relacionadas entre sí:

Geometría en curva
Cuando el vehículo aborda el trazado de una curva, se ha de cumplir que el centro de giro de todas sus ruedas sea común, y coincidente con el centro geométrico de la curva. Esto garantiza que describan una trayectoria concéntrica, pues de lo contrario, se producirían resbalamientos, que además de perjudicar el comportamiento y la estabilidad, producirían un rápido desgaste de los neumáticos.
Esta condición se cumple automáticamente, en el caso de las ruedas traseras, pues sus ejes de giro están superpuestos. En cambio, en el caso de las ruedas delanteras, por su condición de directrices, en el momento en que se orientan, sus ejes de giro dejan de estar alineados. Por tanto, para que se corten en el centro geométrico de la curva, han de adoptar ángulos de viraje diferentes, siempre mayores en el caso de la rueda interior.
Los ángulos de viraje son los que adoptan las ruedas durante su orientación directriz, respecto al eje horizontal del vehículo.
Existe una fórmula que establece los diferentes ángulos de viraje de cada rueda, aunque, de cumplirse, sólo lo hace en los primeros grados de giro.
El cociente ancho de vía – batalla ha de ser igual al resultado de restar la inversa de la tangente del ángulo de viraje interior, de la inversa de la tangente del ángulo de viraje exterior.

Vía / Batalla = (1 / tg ángulo interior) – (1 / tg ángulo exterior)

Conviene dejar claro que se trata de planteamientos teóricos, que si bien sirven de base para el diseño de la geometría de la dirección, en realidad difieren siempre de la práctica.

Geometría en curva


Geometría en rectaPara que todo lo anterior se cumpla, los brazos de acoplamiento deben formar un cierto ángulo entre sí, constituyendo una estructura de cuadrilátero deformable. Esta disposición geométrica recibe el nombre de cuadrilátero de Ackerman.
Por tanto, cuando el vehículo circula en línea recta, y por tanto la dirección no está accionada, se ha de cumplir que las prolongaciones de ambos brazos de acoplamiento, deben coincidir con el centro del eje trasero. En la práctica, dichas prolongaciones se cortan un poco por delante del citado eje, para así favorecer la manejabilidad del vehículo.

Geometría en recta



Relación entre el Ackerman y los diferentes ángulos de viraje.
Durante el giro en traslación de un objeto, en torno a un punto o eje, que le confiere un movimiento circular, su trayectoria se puede descomponer en dos movimientos.
Por un lado dicho cuerpo experimenta un desplazamiento vertical y por otro lado también sufre un desplazamiento horizontal.
Ambos se dan en diferente medida y proporción inversa, de tal manera que cuando uno aumenta, el otro disminuye. Ambos movimientos tienen igual valor, cuando el ángulo alcanza 45º, momento en el cual, la componente vertical pasa a predominar sobre la horizontal, o viceversa. Un ejemplo de ello es el reloj horario, en el que la aguja horaria se identifica con los brazos de acoplamiento.

Variación de las componentes vertical y horizontal



Para comprender mejor este ejemplo, se forman cuatro ángulos rectos, oblicuos a los ejes de coordenadas y abcisas, ubicados en las franjas horarias correspondientes a:

De 10 y media a 1 y media
De 1 y media a 4 y media
De 4 y media a 7 y media
De 7 y media a 10 y media

En cada franja, uno de los movimientos tiende a prevalecer sobre el otro. Así por ejemplo, suponiendo que el giro se considere en sentido horario, de 4 y media a 7 y media, el movimiento horizontal prevalece sobre el vertical. Quiere esto decir, que cuando las agujas se mueven en dicho cuadrante, en la suma de las dos variaciones de movimiento, predomina el horizontal.
En torno a las 6, se produce la máxima predominancia del movimiento horizontal sobre el vertical, ya que los valores de este último apenas varían. Esto también se cumple en la parte alta, desde las 10 y media hasta la 1 y media, siendo de aplicación en vehículos con la dirección (y por tanto, los brazos de acoplamiento), situada por delante del tren delantero.
Siguiendo con el ejemplo de una dirección ubicada por detrás del eje delantero, de 4 y media a 6 el movimiento horizontal que se produce va en aumento, mientras que a partir de las 6 va disminuyendo, siendo, no obstante, siempre mayor que el vertical hasta las 7 y media, en que comienza a primar el vertical. De ahí se deduce, que para un mismo ángulo girado, el movimiento horizontal será diferente, según se ubique antes o después de las 6, considerando el sentido de giro horario, será mayor en el primer caso, obviamente.
Con la misma lógica, si por el contrario lo que se busca es conseguir el máximo giro posible en ambos brazos de acoplamiento (equiparables a las agujas del reloj), a partir del movimiento horizontal dado por la cremallera, el ángulo girado es siempre mayor en el brazo de acoplamiento que se aleja de las 6, respecto al que se acerca. Esto se cumple en ambos sentidos horarios.

Diferencias de ángulo girado, para un mismo movimiento horizontal



Queda claro por tanto, que para un mismo recorrido horizontal, el movimiento angular será mayor, en aquel brazo de acoplamiento que se aleje de la máxima verticalidad, cuando las agujas marquen las 6. Es obvio que, para cada sentido de accionamiento del volante, se corresponde un sentido de giro de los brazos de acoplamiento.
Por tanto, el cuadrilátero de Ackerman juega con las diferentes componentes, en este caso horizontales, disponiendo las bieletas de dirección – en sentido figurado -  a ambos lados de las 6, para que así la bieleta de la rueda interior efectúe un giro más elevado, a partir de un mismo movimiento horizontal, transmitido por la dirección. Por tanto, la rueda interior gira más, siempre en relación a la exterior, claro está.

Diferencias de ángulo de viraje, motivadas por la disposición del Ackerman



Influencia de la convergencia-divergencia en el tacto de dirección.
Es por ello, que cuando se modifica la convergencia, también se está actuando sobre la respuesta de la dirección, ya que se está incidiendo también sobre la inclinación de los brazos de acoplamiento. Partiendo del reglaje original que trae el vehículo de serie, un exceso de divergencia agilizaría en exceso el accionamiento de la dirección, de tal forma que puede llegar a convertir al vehículo en sobrevirador. Pero no por la habitual concepción de esa palabra en el argot automovilístico, asociada al hecho de que el vehículo se va de atrás al acelerar, sino porque, clara y llanamente, gira de más.
Llevado a cifras, el citado exceso de divergencia (o el defecto de convergencia, si se quiere) hace que los brazos de acoplamiento se sitúen en una posición más alejada de las 6, de tal forma que, para un mismo recorrido horizontal, el ángulo girado es mayor. Esa es la causa de que el vehículo sobrevire.