UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADASESPE

DEPARTAMENTO DE ENERGA Y MECNICACARRERA DE INGENIERA AUTOMOTRZPROYECTOMANTENIMIENTO MECNICO AUTOMOTRIZ IIVI NIVELTEMA: SISTEMA DE DIRECCIN A LAS CUATRO RUEDAS

GRUPO 4

Denis Ugeo Paucar HenryJaime Len

Latacunga 11 de Mayo del 2014OBJETIVOS: Determinar las partes del sistema de direccin de las 4 ruedas Analizar el funcionamiento de las 4 ruedas del Renault lagunaMARCO TERICO:DIRECCIN A LAS CUATRO RUEDASEste sistema lo equiparon automviles como el Toyota Clica, Honda Prelude, Mitsubishi Galant y Mazda RX7. Tambin lo implementaron algunos automviles europeos como el Citren 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 ms deportivas.Tenemos dos sistemas de dileccin a las 4 ruedas bsicamente, uno sencillo que se basa en girar las ruedas traseras, por medio de un pequeo giro de la suspensin que soporta a las ruedas y que no est unida fijamente a la carrocera, sino que la unin se hace a travs de una unin elstica que permite un pequeo giro de 3 a 5. Un ejemplo de este tipo, es eleje trasero auto direccionalque monta el Citren 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 ms complejo que el anterior. El volante de la direccin adems de hacer girar las ruedas delanteras, hace girar tambin a las ruedas traseras, para eso cuenta con un mecanismo que acta sobre las ruedas delanteras y traseras al mismo tiempo.La funcin de girar las ruedas en varios ejes de un vehculo no es nada nuevo ya que este sistema lo vienen utilizando desde hace tiempo, camiones, maquinaria pesada y tambin vehculos militares como las tanquetas, que buscan principalmente una buena maniobrabilidad utilizando el menor espacio posible.

Figura 1. Direccin en las 4 ruedas de una volquetaLa funcin del eje trasero en el sistema de direccin de un automvil tiene su importancia, por eso estudiaremos que procesos se suceden cuando el vehculo toma una curva o cambia de direccin.Cuando el automvil toma una curva en el eje delantero se produce un ngulo 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 vehculo a querer rotar sobre su eje vertical. Este efecto provoca un balanceo de la carrocera 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 orientacin 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 dimetros de giro, lo que facilita las maniobras en ciudad y garajes.Por lo expuesto anteriormente el sistema de direccin 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 orientacin que toman las ruedas del eje trasero no es tarea fcil, como vamos a ver a continuacin. Teniendo en cuenta los estudios que han realizado los fabricantes que han desarrollado estos sistemas, la orientacin de las ruedas traseras debern orientarse de la siguiente manera. En la figura (A) las ruedas estn orientadas un cierto ngulo que no es grande, en este caso las ruedas traseras estn orientadas en el mismo sentido. En la segunda figura (B) vemos que las ruedas del eje delantero estn orientadas un ngulo mucho mayor que el anterior caso, en este supuesto se puede ver que las ruedas del eje trasero estaran orientadas en sentido contrario.

Figura 2. Orientacin de las ruedas a ciertos ngulosEl 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 posicin del automvil con un sistema 4WS y el color negro sin direccin a las 4 ruedas.

Figura 3. Maniobras en curvasEl supuesto (B) por el contrario corresponde a una maniobra a baja o media velocidad en un espacio pequeo o en una curva muy cerrada. En la figura inferior podemos ver este supuesto donde el color rojo representa la maniobra con un vehculo con 4WS y el color negro sin 4WS. Se puede apreciar como el vehculo con 4WS necesita menos dimetro de giro para realizar la maniobra

Figura 4. Reduccin del dimetro de giro con direccin en las 4 ruedas

En este ltimo caso, al tomar una curva cerrada, aunque sea a baja velocidad, la estabilidad es mucho mayor en un automvil dotado de 4WS, que en uno sin este sistema. Todo esto teniendo en cuenta que se toma la curva ms cerrada y a la misma velocidad. Para hacer esta maniobra las ruedas del eje trasero estn orientadas en sentido contrario a las ruedas del eje delantero.SISTEMA 4WS DE HONDAEl sistema de direccin a las 4 ruedas de Honda, seguramente ser el ms reconocido, ya que uno de sus modelos, en concreto el Honda Prelude en su 3 generacin (1988 - 92) montaba este sistema, aos ms tarde a partir de la 4 generacin (1992 - 96) el sistema de direccin a las 4 ruedas es electrnico. Como se puede apreciar es tcnicamente sencillo y se ha mostrado muy efectivo a lo largo del tiempo. Adems sus desajustes y averas son mnimos.

Figura 5.- esquema del sistema de Honda

Los elementos que conforman el sistema 4WS son: Sistema de direccin convencional Eje transmisin Caja de direccin delantera Caja de direccin trasera Bieletas de direccin

Figura 6.- elementos que forman el sistema de direccin 4WSEn la figura se puede observar que Se trata de un sistema de engranajes planetarios que crean la desmultiplicacin necesaria para el movimiento de las ruedas traseras siempre con un ngulo muy inferior al alcanzado en las ruedas delanteras. La presencia de una corredera provista de su correspondiente gua permite lograr un pequeo desplazamiento que necesita el sistema y que transmite a las ruedas a travs del reenvo a la bieleta que acciona directamente a las ruedas.

Figura 7.- caja de direccinSISTEMA 4WS ELECTRNICOLa gestin electrnica de la direccin en el eje trasero es una evolucin lgica de los sistemas 4WS "mecnicos" estudiados en el Honda Prelude a partir de la 4 generacin (1992) se aplic el control electrnico. Con la gestin electrnica podemos tener en cuenta otros parmetros para orientar las ruedas traseras. Uno de estos parmetros es la velocidad del vehculo.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, adems de requerir menos giro del volante. A velocidades superiores a 60km/h, las ruedas traseras toman la misma direccin que las delanteras. Los sistemas electrnicos de control del 4WS tienen una luz testigo que avisa al conductor en el caso de que exista fallo en algn elemento del equipo. Tambin disponen de un mecanismo automtico que, en caso de que se produzca esta avera, las ruedas traseras quedan automticamente centradas en lnea recta de forma permanente, hasta que se solucione la avera acudiendo al taller.

Figura 8 Esquema del sistema de direccin 4WS elctricoACTUADOR DE LA DIRECCIN TRASERA Este elemento sustituye a la caja de direccin trasera de los sistemas "mecnicos".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 direccin traseraActualmente un fabricante que incorpora el sistema 4WS en sus automviles es Renault. El fabricante francs en su modeloLaguna Coupeincorpora este sistema

Figura10. Modelo laguna Coupe de Renault

DESARROLLOSISTEMA 4CONTRO DE RENAULT Es un sistema de direccin en las ruedas traseras que mejora la seguridad activa. Las ruedas traseras tienen direccin, como las delanteras, y pueden girar en el mismo sentido o en el contrario.Con el fin de mejorar el comportamiento dinmico y la seguridad activa Renault desarrolla conjuntamente con Aisin y Renault Sport un sistema de direccin a las cuatro ruedas llamado comercialmente Active Drive, 4Control, 4RD.Sistemas de direccin a 4 ruedas (4WD) se utilizaron en los aos 80 y 90 principalmente por marcas japonesas pero cayeron en desuso por la complejidad y coste, aprovechando la evolucin tecnolgica de la informtica y electromecnica embarcada actualmente Renault ha conseguido junto con el fabricante japons Aisin conocedor de las tecnologas 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 ms facil con mayor maniobrabilidad en situaciones normales, mejor respuesta en combinacin con el ESP en situaciones extremas, mejor comportamiento en frenadas con adherencia asimtrica. Mayor agilidad, disminucin del radio de giro en curvas, menor giro de volante haciendo un efecto de direccin ms directa y de batalla ms corta, haciendo que el coche sea ms manejable.PARTES DEL TREN TRASERO DEL RENAULT LAGUNA

Figura 11. Componentes del tren traseroEl sistema est compuesto por un tren trasero similar al montado en el Laguna 2 ruedas directrices con unas manguetas articuladas 5 movidas por unas bieletas con rtulas 4 que son empujadas por un balancn 3 que es desplazado por un actuador elctrico que incorpora un motor, un tren epicicloidal y un captador de posicin 2 . La gestin electrnica y la alimentacin elctrica son realizadas por el calculador 1El calculador de direccin en las 4 ruedas se comunica con la red multiplexada del vehculo. El calculador de direccin en las 4 ruedas utiliza principalmente la velocidad de referencia del vehculo y el ngulo del volante que recibe del calculador de ABS/ESP para determinar una consigna para girar las ruedas traseras. Tambin recibe del mismo elemento informacin del cabeceo y guiada del vehculo y enva informacin al ESP para ciertas correcciones .Recibe informaciones sobre rgimen de motor y estado de alimentacin elctrica de Unidad de Proteccin y Conmutacin (UPC) Enva informacin a travs de la Unidad Central Habitaculo (UCH) al calculador de faros direccionales para corregir en funcin del giro de las 4 ruedas. Informa a travs del cuadro si hay alguna anomala.El sistema pasa a ser inactivo de forma automtica cuando se dan las condiciones siguientes: la velocidad del vehculo es nula, el motor est parado, y la alimentacin despus de contacto est cortada. En caso de fallo la direccin permanece en el centro y enciende chivato en el cuadro

Renault Active Drive Direccin en las Cuatro Ruedas

Figura 12. Renault LagunaEl chasis de cuatro ruedas motrices activo dispone de una serie de ventajas. Aparte de la capacidad de mayor respuesta de manejo y una conduccin ms estable, ofrece un nivel incomparable de precisin de la direccin, que instintivamente pone el vehculo en la trayectoria correcta, produciendo un notable nivel de confort de conduccin y seguridad activa. Incluso a velocidades muy bajas, el sistema es inmediatamente operativo y sorprendentemente efectivo. El vehculo es muy fcil de conducir en calles estrechas de ciudad y en carreteras sinuosas.

Figura 13. Renault Laguna en curvas cerradasFUNCIONAMIENTO:Orientacin 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. ngulo mximo de giro: +/- 3,5 grados.En marcha atrs: V < 10 Km./h., giro de 0 a 1. V > 10 Km./h., giro de 0 a 3,5 En caso de modo degradado, vuelven a 0El 4Control es un sistema de direccin en las ruedas traseras que mejora la seguridad activa. Las ruedas traseras tienen direccin, como las delanteras, y pueden girar en el mismo sentido o en el contrario.Cuando giran en sentido contrario aumenta laguiaday disminuye el dimetro de giro, mientras que cuando lo hacen en el mismo sentido, disminuye la guiada. De cara a la seguridad activa, su funcin es la misma que la delcontrol de estabilidad, pero en ciertos casos puede ser incluso ms efectivo. Adems, mejora la maniobrabilidad cuando el coche se desplaza a baja velocidad (maniobras de aparcamiento). Eso s, las ruedas traseras slo giran a partir de 2 km/h.

Figura 14. Direccin trasera girando en sentido contrario de la direccin delanteraSobre el eje trasero torsional del Laguna, Renault ha colocado unos bujes que pivotan sobre un eje, con un ngulo mximo de 3,5 (mucho menor que el de las ruedas delanteras, que suelen girar en torno a 60). Un motor elctrico colocado al lado del eje trasero mueve las ruedas mediante un sistema de palancas semejante al que hay en las ruedas delanteras. El sistema est controlado por una centralita que tiene en cuenta datos como la velocidad y aceleracin angular del volante, ngulo de giro, la velocidad del coche y los datos que proporciona el control de estabilidad. La centralita evala esos datos cada centsima de segundo

Figura 15. Pivote con un ngulo de 3.50Hasta 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 dimetro de giro disminuya de 12,05 m a 10,80 m (con las llantas de aleacin de 18" opcionales). Adems, la direccin se vuelve ms rpida (hay que mover menos el volante para conseguir el mismo efecto porque se suma el giro de las ruedas traseras).

Figura 16. Direccin trasera a bajas velocidadesPor ejemplo, para conseguir el mismo giro, sin el sistema de cuatro ruedas directrices se requiere 16 de ngulo de volante, mientras que con l nicamente es necesario un ngulo de 13,5. Cuando las ruedas traseras han cambiado de direccin al mximo (3,5), slo es necesario un ngulo de volante de 12.Adems de mejorar la maniobrabilidad, la otra funcin del 4Control por debajo de 60 km/h es aumentar la guiada cuando es aconsejable. Eso permite que el coche sea ms gil, ms capaz de cambiar de direccin, por ejemplo en un eslalon o en una curva muy lenta de carretera de montaa.A partir de 60 km/h, las ruedas traseras cambian de direccin en el mismo sentido que las delanteras con objeto de disminuir la guiada. Si el coche realiza dos cambios de direccin rpidos (por ejemplo, en una maniobra de esquive o en curvas enlazadas), la direccin trasera se puede utilizar para evitar un eventualsobreviraje. Normalmente, en estas condiciones el giro de las ruedas traseras no es mayor de 2 (se tendra que dar una situacin extremadamente violenta para que llegara al mximo de 3,5).

Figura 17. Direccin trasera a altas velocidades

Otra funcin de sistema de direccin trasera es evitar una eventual prdida 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 guiada que el control de estabilidad debe controlar. Con el 4Control es posible orientar las ruedas traseras para compensar esa guiada y que el coche frene en lnea recta.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA DE DIRECCIN 4WS Ventajas Mxima traccin en nieve y caminos escabrosos. Excelente estabilidad y control del vehculo en condiciones en carreteras con una baja adherencia. Mejorar la maniobrabilidadDesventajas Mayor costo de produccin. Mayor complejidad tcnica. Mayor costo de mantenimiento.CONCLUCIONES: El sistema de direccin en las 4 ruedas proporciona al conductor mayor estabilidad en las curvas cerradas Disminuye el radio de giro. El sistema de direccin del Renault es controlado por una computadora que indica cuando y como debe girar la direccin traseraRECOMENDACIONES: Para su mejor entendimiento de este tipo de sistema de direccin en las 4 ruedas es recomendable tener el manual del fabricante. Se recomienda realizar un mantenimiento preventivo de este sistema para evitar fallas en el mismo. Realizar un cuadro comparativo entre la direccin de las dos ruedas y las 4 ruedas.

BIBLIOGRAFA Hodkinson R., Lightweight/Hybrid Vehicle Design, Butterworth Heinemann, Oxford 2001 Husain I., Electric and Hybrid Vehicles Design Fundamentals, CRC Press, New York. 2005 Rodrguez M., Mquinas Asncronas, Universidad de Cantabria, Espaa, 2008 Formula 1, KERS, http://www.formula1.com/inside_f1/understanding_the_sport/8763.html#4947, ultimo acceso 07-12-2013 http://haciendofuturo.wordpress.com/2010/12/07/kers-y-los-frenos-regenerativos/, ultimo acceso 07-12-2013 Jimnez A., El futuro del transporte? Los coche elctricos, http://www.hablandodeciencia.com/articulos/2012/03/13/el-futuro-del-transporte-el-coche-electrico/, ultimo acceso 07-12-2013