direccion

Dirección

Introducción

• Dentro del campo de la competición, la mayor pregunta que se realizan los técnicos es que tipo de geometría de la dirección usar, ya sea Ackerman, Anti-Ackerman o Dirección en Paralelo.

Geometría Ackermann • Hace casi 200 años Rudolph Ackermann patentó un sistema

de dirección que permitió un vehículo de cuatro ruedas para tomar una esquina sin problemas a pesar de que la rueda en la parte exterior del eje delantero está en el buen camino de la radio mayor que la rueda delantera interior.

• Geometría Ackermann resulta cuando la dirección se realiza detrás del eje delantero y apuntan hacia el centro del eje trasero los brazos de dirección.

• Los esquemas en la Figura describen el efecto de diferentes geometrías de dirección.

• Para un coche girando lentamente los neumáticos delanteros se mueven en diferentes radios y necesitan de entrada de dirección diferente.

• El mecanismo de dirección que se muestra es detrás de la línea del eje delantero. Si la caja de dirección es por delante del eje, los enlaces apuntan hacia adelante pero todavía tienen que apuntar a una intersección por delante del coche a la misma distancia desde el eje delantero como en el eje trasero.

• Geometría de la dirección paralela convierte los neumáticos de la misma cantidad y revertir Ackermann gira el neumático fuera más que el neumático interior.

• La figura muestra la acción de los enlaces que causan la geometría deseada.

• Geometría Ackermann funciona bien a bajas velocidades en curva cuando los neumáticos tienen pequeños ángulos de deslizamiento: La realidad de un coche de carreras a toda velocidad en una esquina es grandes ángulos de deslizamiento, y la mayoría de la fuerza vertical se aplica a los neumáticos en la parte externa de los mismos.

• Para complicar esta es la naturaleza dinámica del proceso de las curvas.

• Para que una dirección sea efectiva debe tener diferentes ángulos.

• En el diagrama podemos observar los diferentes ángulos tanto de la rueda interior como la exterior.

Dirección Ackerman

• Para un mismo desplazamiento paralelo del pivote A, el ángulo de la rueda es el mismo tanto en el giro hacia la izquierda como a la derecha.

Dirección Ackerman

• Para el mismo desplazamiento del pivote A, el ángulo de la rueda es diferente dependiendo si el giro es a la izquierda o a la derecha.

Dirección Ackerman

100% Ackerman

• La geometría convencional en vehículos

Ackerman con Toe In y Toe Out

Pro Ackerman

• La rueda interior gira mucho mas al tomar una curva

Más Ackerman con convergencia y divergencia

Anti Ackerman

• La rueda interior a la curva gira menos

Menos Ackerman con Toe In y Toe Out

Dirección paralela

Calibración de Ackerman

Ackerman, Anti-Ackerman o Dirección en Paralelo

• La geometría de la dirección Ackerman es usada para cambiar la divergencia dinámica del vehículo, incrementando el ángulo de la rueda interior cuando gira en una curva.

• Los competidores están interesados especialmente, por el cabeceo que tiene el vehículo al tomar y al atravesar una curva .

• Toda la geometría de la dirección Ackerman requiere de ángulos, los cuales dependen de el centro de giro del vehículo, la distancia entre ejes y la vía del mismo.

• En la práctica los ángulos no son perfectamente Ackerman.

• De hecho, la geometría Ackerman es solo una construcción matemática de un significado no particular para carros girando a alta velocidad.

• Lo que más importa es el hecho de cómo podemos incrementar la divergencia dinámica (dynamic toe out) y como este crece exponencialmente con el ángulo de la dirección.

Geometría de la dirección Ackerman

• Debemos considerar el termino Ackerman para describir alguna progresión de la divergencia dinámica generado por la geometría de la dirección.

• Si elegimos Ackerman, debemos usarla en un gran porcentaje, ya que para ángulos pequeños, el Ackerman es mínimo.

• Debemos tomar en cuenta la posición de la convergencia estática (static toe setting), debido a su interacción con Ackerman.


• El movimiento de la suspensión puede también provocar cambios en la convergencia.

• La convergencia puede cambiar también con el ángulo de giro del vehículo, pero probablemente no podemos controlar la convergencia de esta forma.

• En adición a los cambios de la convergencia, la proporción de una dirección efectiva es completamente variable en la mayoría de los sistemas de dirección.


Ángulo de deriva de la Rueda, la mayor

variable en la historia Ackerman

• El ángulo de deriva de la rueda es simplemente la diferencia entre el ángulo de orientación de la rueda y la dirección que toma la huella de la rueda.

• El mecanismo responsable de crear el ángulo de deriva interactúa con la suspensión del vehículo.

• Por ejemplo, la deformación de la rueda al girar, es un resultado de una fuerza reactiva, llamado la deriva del neumático, que aplica un par autolineante en el eje de la dirección.

• El conductor puede sentir esto a través de la dirección, adicionalmente al ángulo de avance que se define en la geometría de la suspensión.

• E aquí nuestro interés es la interacción del ángulo de deriva y la divergencia dinámica.

• Cuando el vehículo gira a velocidades de competición, la dirección Ackerman es modificada dramáticamente por los ángulos de deriva.

• Con ruedas de competición con carga máxima lateral podemos mirar entre 5 a 8 o más grados



• Claramente el ángulo de deriva varía con la carga de la rueda, y posiblemente tiene influencia sobre la convergencia.

• Como en los giros del vehículo, la carga en las ruedas varia de lado a lado, y los ángulos de deriva incrementan y disminuyen respondiendo a estas cargas.

• La carga vertical de las ruedas varían con la transferencia de peso al girar el vehículo, y también la carga y la descarga de la rueda en respuesta de los golpes por la superficie del camino.

• La carga lateral de la rueda varía de acuerdo a la fuerza G.



• Si queremos actuar sobre los ángulos de convergencia, debemos conocer los datos de los neumáticos.

• Al girar se producen esfuerzos en los neumáticos, y el ángulo de deriva se incrementa rápidamente.

• La inclinación en esta parte de la curva, es una medida en respuesta a una serie de entradas en la dirección.



• Si el conductor actúa suavemente sobre las ruedas el conducirá sobre la curva sin forzar las ruedas.

• Cuando se alcanza la fuerza de giro máxima soportada por el sistema, la curva es lograda sin inconvenientes y aprovechada al máximo.

• Si el conductor presiona más a las ruedas, él usa ángulos de deriva altos, con una misma fuerza de giro pero con la posibilidad de recalentar las ruedas y además de perder grip.



• La primera cosa que nos interesa es como la rueda exterior frontal está cargada en una curva, esta adoptará un ángulo de deriva alto que la otra rueda interior.

• La rueda cargada tendrá mas divergencia que la rueda interior con menos carga.

• Esperamos que la rueda más cargada controle la trayectoria en el giro del vehículo, entonces toda la divergencia generada será vista en la rueda interior.



• La geometría Ackerman también producirá divergencia.

• Añadido a esto la divergencia estática que posee un carro de competición.

• La perdida o la ganancia de adherencia se dará en la rueda interior, asumiendo que la rueda exterior posee el máximo de adherencia, y que el vehículo está balanceado.



Aquí hay un número de observaciones que podemos hacer:

• Decir que el vehículo gira con una fuerza lateral máxima y la diferencia de los ángulos de deriva entre la rueda interior y exterior es 1°.

• Esto resulta en un incremento de la divergencia de 6mm.

• Esto es un cambio significativo en la convergencia, que puede influenciar en el manejo.



• Como la rueda atraviesa una curva, cualquier cambio en la carga de la rueda debido a alguna respuesta del conductor a la superficie del terreno, resulta en cambio de la convergencia (debido al cambio del ángulo de deriva).

• La interdependencia del ángulo de deriva con todas las variables es difícil de visualizar.



Cómo influye:

• Como hemos dicho el Ackerman incrementado favorece la acción de la rueda delantera interna, ésta gira más y hace que el coche entre mejor en las curvas.

• El efecto que se consigue es similar al que se obtiene dando divergencia a las ruedas delanteras, pero sin las desventajas que la divergencia permanente tiene en las rectas, ya que el efecto Ackerman solo se produce en las curvas.

• Se recomienda utilizar un Ackerman incrementado cuando el coche es subvirador a la entrada de las curvas, su influencia es más marcada en las curvas de baja velocidad que en las de alta.

• En los coches de tracción trasera donde más se nota es a la entrada de las curvas, ya que a la salida, al estar el tren delantero descargado, el efecto Ackerman tiene poca importancia.

• El Ackerman incrementado se recomienda especialmente en circuitos de poca adherencia.

• El Ackerman paralelo no se emplea prácticamente en el todo terreno.

Cómo influye:

Algunas Consideraciones

• Varios autores sostienen que en competición se debería utilizar una geometría Anti-Ackerman, debido a la transferencia de peso la rueda exterior estará mas cargada que la interior, y por lo tanto mayores ángulos de deriva.

• Otros autores sostienen que en la dirección, el Ackerman consiste en una pequeña parte de la modificación, y que en media curva, la rueda interior no esta suficientemente cargada como para producir el efecto Ackerman.

• Al entrar en una curva es preferible usar un pequeño ángulo de convergencia estática.


• Por otra parte, otros autores sostienen que el efecto Ackerman es utilizado hasta el 100%, para vehículos con una gran fuerza aerodinámica de sustentación como los vehículos de F1.

• No solo se podría aplicar Ackerman, es necesario también una buena combinación de la geometría de la suspensión así como de las características de los neumáticos.


• Otros autores apuntan al uso de sistemas inteligentes de frenos para controlar el giro del vehículo, sistemas como Vehicle Stability Systems (VCS) o ABS para frenar las ruedas de una forma individual y así controlar el sobreviraje o el subviraje.

• Además sostiene que una forma de tomar ventaja en la dirección de los vehículos de competición es usando cambios dinámicos de la convergencia del vehículo, lo cual produce un efecto diferencial de fuerzas longitudinales que ayudan al vehículo a orientarse en una curva, es decir el arrastre de la rueda interior es un poco mayor a la de la exterior, lo cual ayuda a orientar el vehículo


• Una convergencia estática genera un ángulo de deriva “artificial” en cada rueda delantera, y por lo tanto un arrastre lateral.

• La divergencia puede ayudar al arrastre de la rueda interna.

• En particular, la divergencia ayuda a compensar el camber negativo de la rueda interna.

• El camber negativo puede ser optimisado por la rueda externa, pero siempre actuará sobre la rueda interna.


• Con ángulos de deriva cero, tendremos cero arrastre lateral. • Para un vehículo corriendo con una divergencia estática, al

principio de la curva la rueda interna diverge y ya acarrea un pequeño ángulo de deriva.

• El peso del vehículo, sumado a cualquier peso debido al frenado mas la carga aerodinámica influencia sobre la rueda, esta responde instantáneamente para poner el vehículo en la curva.

• La rueda exterior está también divergente, pero en el sentido contrario al giro del vehículo.

• Entonces el carro puede corregir el ángulo de deriva inicial, y generar desde cero el ángulo de deriva en el sentido correcto.

• Como el vehículo empieza a transferir peso en la curva, la rueda externa gana eficiencia al girar el vehículo.

• La rueda interna comienza a reducir la fuerza lateral, y la externa crea fuerza lateral a medida que crece la carga sobre la misma, y la ventaja relativa del incremento del camber sobre la rueda exterior.


• Los competidores comentan que la divergencia es mejor en curvas rápidas y que la convergencia es mejor en curvas lentas


• Se utiliza mayor convergencia o divergencia para operar con ángulos largos de deriva (6, 7 u 8°), y para ángulos menores se utiliza una menor convergencia o divergencia.


Usando la divergencia estática con un efecto anti

Ackerman tenemos:

• Curvas Rápidas: ángulo pequeño de dirección, por lo tanto la divergencia casi no cambia.

• Curvas Lentas: ángulos grandes de dirección, por lo tanto se produce una variación rápida de la divergencia.


Como Trabaja Pro-Ackerman

• Un efecto Ackerman hace que la divergencia aumente, aumentando el arrastre de la rueda interna más que la externa, lo cual produce un sobreviraje que oriente el vehículo en la curva.

• Una consideración importante es que muchas veces se pierde velocidad en la carrera debido al sobreviraje en curvas rápidas.

Cuando usar Ackerman o Anti-Ackerman

• Cuando usas un camber negativo, basado en lecturas de temperatura, se esta maximizando el arrastre de la rueda exterior a expensas del arrastre de la rueda interior.

• La divergencia ayuda a compensar el camber negativo en la rueda interior.

• Esto quiere decir que el efecto Ackerman se utiliza en vehículos con camber negativo.

• Se usa el efecto Ackerman para obtener una mayor flexibilidad de ángulos de deriva.

• Ackerman ayuda a orientar el vehículo dentro de la curva, debido al arrastre que se produce en la rueda interior por el ángulo de deslizamiento.

• Cuando se pierde el arrastre en la rueda externa, ya no se habla de un sobreviraje sino de un subviraje.

• El efecto Ackerman, puede generar mayor calor en la rueda y desgaste en la misma.

Cuando usar Ackerman o Anti-Ackerman

Alineación

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