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ESTABILIDAD DE DIRECCIÓN - Definición - Significado

Expresión que indica la aptitud de un vehículo para mantener una trayectoria predeterminada, tanto rectilínea como curva, durante la marcha a velocidad constante.

Generalmente se define como estable un vehículo independientemente de la facilidad de conducción; pero es posible, y esto ocurre en la mayor parte de los vehículos de línea deportiva y de un determinado peso, conseguir unas características óptimas de estabilidad en carretera sin cualidades de manejabilidad.

La estabilidad de dirección de un vehículo depende de todas las variantes que influyen en su *estabilidad en carretera y sobre todo de los reglajes de los ángulos característicos de las suspensiones, que deben ser determinados de manera que se obtenga la máxima regularidad en las variaciones de deriva de los 4 neumáticos y el mejor efecto autoestabilizante.

Estas características eliminan la necesidad de efectuar correcciones de la dirección frecuentes y bruscas, en las curvas, en los frenados y en las rectas a altas velocidades, una marcha en las curvas precisa, una autoalineación eficaz de las ruedas y, en definitiva, una conducción más fácil y cómoda.

Cuando deben considerarse las características dinámicas de un automóvil, es habitual dividir dichas consideraciones en función de 2 aspectos sobresalientes de la marcha en carretera: las prestaciones que dependen del motor en términos de velocidad y aceleración, y la eficiencia del autobastidor, entendida como posibilidad de aprovechar al máximo las prestaciones ofrecidas por el motor propulsor.

Esta última característica corresponde a la capacidad del vehículo de permanecer lo más adherido posible a la superficie de la carretera, oponiéndose a todas las solicitaciones laterales a las que está sujeto durante la marcha, tanto en línea recta como en las curvas, y se define convencionalmente como estabilidad en carretera.

Desde el punto de vista estrictamente físico, la marcha de un vehículo cualquiera corresponde a un movimiento relativo entre 2 sistemas (no tiene importancia considerar cuál se mueve y cuál está parado) que actúan conjuntamente a través de determinados vínculos; por ejemplo, en el caso del tren, el vínculo está representado por los raíles, en el caso del avión, por el aire que rodea las alas y la cola, y en el automóvil, por la adherencia entre los neumáticos y la superficie de la calzada.

La adherencia del neumático es función de factores fijos que dependen de la naturaleza de la superficie de la carretera (como el coeficiente de rozamiento) y de un gran número de factores variables que son modificados técnicamente para mejorar la estabilidad en carretera. Efectivamente, a igualdad de coeficientes de rozamiento, la *adherencia es función de la carga vertical, de la amplitud de la superficie adherente y, considerando el vehículo en movimiento, de la constancia de estos factores.

Puesto que la adherencia de un neumático al terreno no es total, al aplicarle una fuerza lateral (viento o fuerza centrífuga) se provoca un pequeño deslizamiento lateral, razón por la cual la trayectoria, que realmente es recorrida, se desvía de la dirección que toma la rueda; de este modo se crea un ángulo de *deriva; cuanto mayor es la fuerza lateral, mayor es también el ángulo de deriva.

En el primer gráfico de la página siguiente se muestra la proporcionalidad que existe entre los ángulos de deriva y la estabilidad en carretera (reflejada por su adherencia) de un neumático solo; como puede verse la línea es curva, de modo que no existe proporcionalidad constante entre los ángulos y las solicitaciones. Únicamente en el primer tramo pued,3 asemejarse a una línea recta, mientras que al aproximarse al límite de estabilidad en carretera unos aumentos, incluso considerables, del ángulo de deriva no comportan mejoras especiales apreciables para la adherencia lateral, al mismo tiempo que se produce la pérdida casi total del poder direccional de la rueda (un neumático con un deslizamiento lateral elevado es semejante a una superficie fija que se desliza).

Bajo este punto de vista son mucho más evidentes las ventajas de un neumático de estructura radial en comparación con otro de tipo convencional; de hecho, aunque no existan diferencias muy sensibles en cuanto a la adherencia lateral máxima obtenible, el neumático radial mantiene un comportamiento más constante con pequeños ángulos de deriva (es decir, dentro de la gama de situaciones características de la conducción normal), y, por consiguiente, además de una mejor estabilidad de marcha, una conducción más fácil y precisa.

Otro aspecto fundamental de la interdependencia neumático-suelo consiste en las variaciones de adherencia en función del aumento de la carga vertical; en el campo teórico, a igualdad de coeficiente de rozamiento, la adherencia es directamente proporcional a la carga aplicada; sin embargo, el examen de los datos experimentales indicados en el gráfico, pone de manifiesto las grandes desviaciones del comportamiento real respecto a la ley teórica. Incluso para ángulos de deriva muy pequeños, al aumentar la carga se produce una reducción de la adherencia lateral; esto es consecuencia de la deformación del neumático, que modifica la superficie de la huella, favoreciendo los rozamiento laterales. Además, para un valor cualquiera del ángulo de deriva, el neumático alcanza un valor de adherencia máximo que no es influido por ulteriores aumentos de la carga; por consiguiente, queda claro, que, al hacer el proyecto de un vehículo, la elección del tipo de neumáticos ha de efectuarse teniendo en cuenta el gran número de posibilidades de variación de la carga, dentro de las cuales deberá trabajar para obtener una buena adherencia, pero sobre todo una buena progresión.

Estas premisas, referentes al comportamiento real de cada neumático al variar las cargas y las orientaciones, son indispensables como introducción a otras consideraciones mucho más amplias sobre la estabilidad en carretera de todo el vehículo, en el cual los 4 neumáticos trabajan en condiciones diferentes y, como consecuencia, contribuyen de modo distinto a la adherencia transversal. Si se consideran las 2 ruedas de un mismo eje, en condiciones estáticas gravitan sobre el terreno con una carga aproximadamente idéntica (las pequeñas variaciones pueden ser debidas a la distribución de los pesos o de los pasajeros) y, por tanto, tienen la misma adherencia; esto equivale a decir que la adherencia total del eje es igual al doble de la adherencia de cada una de las ruedas en aquellas mismas condiciones.

Durante el movimiento, las fuerzas laterales que actúan sobre el vehículo ocasionan un aumento gradual de la deriva de los neu máticos hasta alcanzar las condiciones de equilibrio; es decir, para una carga vertical determinada, el neumático toma cierta deriva hasta conseguir una adherencia transversal igual a la solicitación. Considerando las condiciones reales de marcha, las fuerzas que actúan sobre el vehículo son de 2 tipos: de inercia (fuerza centrífuga) y activas (viento lateral); las resultantes de estas fuerzas se aplican respectivamente al baricentro y al centro de empuje lateral; como consecuencia, la acción ejercida por el vehículo no es aplicada a la misma altura que la reacción (adherencia), que está situada a nivel de la superficie de la carretera. Por tanto, se crea un par de vuelco que provoca una transferencia proporcional de carga entre una rueda y la otra de un mismo eje. Por este motivo, si se supone que los 2 neumáticos tienen convergencia nula, al recorrer una curva tendrían la misma deriva pero cargas laterales diferentes.

Después de esto, examinando las líneas' de igual deriva sobre el gráfico de cargas laterales y adherencia lateral puede hacerse una importante consideración: cuando sobre 2 neumáticos gravitan cargas verticales iguales, sus adherencias respectivas también son iguales, y la adherencia total resulta el doble de dicho valor; si se verifica una transferencia dinámica de carga, el neumático más cargado aumenta su adherencia, y el menos cargado la disminuye. Sin embargo, puesto que la línea tiene la concavidad hacia abajo, el aumento de la estabilidad en carretera debido al aumento de carga es menor y no compensa la disminución de la adherencia en carretera del neumático descargado, por lo que la adherencia total del eje resultará menor. La conclusión que se deriva de esto es que la estabilidad en carretera de un eje es tanto mayor cuanto menores son las transferencias de carga que las solicitaciones exteriores producen en las ruedas.

Al examinar detalladamente las modalidades de las variaciones de carga dinámicas en un vehículo en movimiento es posible reconocer cuáles son los factores que intervienen de manera directa en este fenómeno y en qué medida influyen en la estabilidad en carretera.

Considérese el caso más simple de un vehículo que recorre una curva a velocidad constante y está sujeto únicamente a la fuerza centrífuga aplicada al baricentro; en el caso de suspensiones rígidas, las variaciones de carga (V) son directamente proporcionales a la fuerza centrífuga (Fc), a la altura del baricentro (b) e inversamente proporcionales a la anchura de vía (a).

Resulta evidente que para disminuir las variaciones dinámicas es necesario, a igualdad de fuerza centrífuga, rebajar el baricentro y ensanchar la vía. Referente a esta última modificación debe tenerse en cuenta que los vehículos para Indianápolis han conservado durante muchos años una estructura asimétrica (baricentro desplazado a la izquierda y vía más amplia en la derecha), para limitar la sobrecarga de las ruedas exteriores al recorrer el óvalo compuesto sólo de curvas a la izquierda. La posición rebajada del baricentro se obtiene colocando las masas suspendidas (o la mayor parte de ellas) lo más cerca posible del suelo; en la construcción más compleja en este sentido, como en los vehículos de competición, se comprueba lo rebuscado de las soluciones, en lo que se refiere a la colocación de los depósitos, batería, puesto de conducción y motor, que determina el aspecto bajo y ancho característico de todos los automóviles deportivos.

Las técnicas descritas hasta ahora influyen sobre la estabilidad en carretera, disminuyendo los desequilibrios de carga que se üroducen en las curvas por factores exclusivamente geométricos (altura del baricentro y anchura de vía).

Al intervenir los órganos elásticos de las suspensiones la acción ejercida por la fuerza centrífuga se descompone en dos partes: una (jacking) que produce una transferencia geométrica de carga levantando el cuerpo del vehículo y cargando la rueda exterior, y otra (deriva) que causa la rotación del cuerpo del vehículo alrededor del eje de balanceo, produciendo una transferencia de carga elástica que depende de la rigidez de las suspensiones. La repartición del par de vuelco entre estas 2 acciones es proporcional a las distancias entre el eje de balanceo y el terreno, y entre el baricentro y el eje de balanceo; por tanto, una suspensión con centro de deriva bajo tendrá una tendencia al balanceo proporcionalmente mayor que otra con centro más alto. Sin embargo, puesto que las suspensiones delanteras y traseras están unidas entre sí por medio de la carrocería del vehículo, que es rígida, el ángulo de deriva real es función de la mayor o menor dureza de las suspensiones de ambos ejes. En la práctica, mientras que la parte de la transferencia de carga debida a los factores geométricos (distancia entre el eje de balanceo y el terreno) es fija para cada eje, la parte de transferencia elástica puede ser variada y equilibrada entre un eje y el otro, modificando las características elásticas de las suspensiones. Bien entendido que, no es que sea posible variar el equilibrio entre las solicitaciones transfiriendo las cargas entre un eje y el otro, sino que es posible disminuir las variaciones de carga sobre un eje, en la parte debida a la ñexión de los elementos elásticos, disminuyendo el balanceo al hacer más rígido el otro eje.

Para comprobar lo que ocurre en la práctica, tómese en consideración un vehículo de competición en el cual existen las más variadas posibilidades de modificaciones y reglajes en lo que se refiere a las características de las suspensiones. Si se parte del supuesto, generalmente comprobado en la realidad, de que el mecanismo cinemático garantiza en cualquier circunstancia la superficie de la huella de los neumáticos máxima, la adherencia transversal de cada eje depende exclusivamente de los desequilibrios de la carga vertical entre cada uno de los neumáticos.

A continuación se examinará cómo influyen en el comportamiento en curva del vehículo las suspensiones más rígidas, es decir, disminución del balanceo. Unas suspensiones rígidas se consiguen generalmente adoptando una barra estabilizadora que, cuando es solicitada, hace que el elemento elástico más cargado sea más rígido y, al mismo tiempo, hace que el elemento elástico menos cargado sea menos rígido. En esta situación, la rueda exterior del eje con barra resultará menos solicitada y la rueda interior será descargada, sin que se tenga un elevado ángulo de deriva; esta última circunstancia influye de manera positiva sobre el otro eje, puesto que reduce los desequilibrios debidos a la transferencia elástica de las cargas.

En conclusión, el eje más rígido, a igualdad de deriva, disminuirá su estabilidad lateral (o, a igualdad de estabilidad, aumentará su deriva), mientras que el otro eje, al estar más equilibrado, disminuirá su deriva (es decir, aumentará su estabilidad).

Es necesario precisar que el montaje o el aumento de la rigidez de una barra antibalanceo no conlleva en sí mismo mejoras en la estabilidad en carretera, sino que, al variar la deriva, el par de ruedas sobre las que se aplica, modifica el comportamiento del vehículo en las curvas.

Una cierta ventaja, en lo que se refiere a la adherencia transversal, puede producirse en los casos en que un ángulo elevado de deriva de la carrocería del vehículo comporta variaciones notables del *cámber y, por consiguiente, disminuciones de las superficies de las huellas (*asentamiento); en todos estos casos la reducción del balanceo, si por un lado aumenta el desequilibrio sobrecargando las ruedas exteriores, permite al neumático trabajar en condiciones mejores y, por consiguiente, tener una mayor adherencia.

En la producción en serie la barra estabilizadora o antibalanceo es utilizada generalmente por 2 motivos distintos: aumentar la rigidez de deriva (es decir, disminuir el balanceo) sin recurrir a muelles muy rígidos y aumentar la deriva del eje sobre la que está montada. Esta última modificación es aprovechada para corregir tendencias eventuales muy subviradoras o sobreviradoras y confiere un ligero subviraje que, a velocidades normales, hace la conducción más fácil y segura.

Con frecuencia, en los automóviles de tracción delantera se monta una barra estabilizadora en el eje delantero; esta modificación no tiene la finalidad de variar esencialmente el comportamiento del vehículo en las curvas, que ya tiene tendencia subviradora, a causa de la distribución de los pesos, muy desequilibrada hacia el eje delantero, sino a hacerlo más homogéneo reduciendo el balanceo y las variaciones bruscas de comportamiento que se producen en las fases de aceleración y frenado.

Estos cambios de tendencia son originados por las variaciones de la deriva de los 2 ejes, causadas por las diferentes condiciones de adherencia que se pueden crear por efecto de las transferencias de carga longitudinales. (*Dinámica.)

En los vehículos de tracción delantera los cambios de adherencia son más sensibles, puesto que a las variaciones de carga vertical se añaden las de solicitación, que actúan en sentido de empeorar la adherencia disponible sobre el eje menos cargado. Es decir, al frenar se descarga el eje trasero, cargándose el delantero, el cual resulta solicitado sólo por la pequeña acción de frenado del motor; en tal situación el eje delantero aumenta su adherencia (menor deriva) y el eje trasero la disminuye (mayor deriva); por tanto, el vehículo tiende a cerrar la curva. En las aceleraciones se carga el eje trasero y se descarga el delantero, el cual es solicitado por el esfuerzo de tracción, como consecuencia de lo cual el eje trasero disminuye su deriva y el delantero la aumenta notablemente, dando al vehículo un comportamiento claramente subvirador.

En los vehículos de propulsión trasera la disminución de la adherencia lateral disponible, debida al esfuerzo de tracción, puede provocar aumentos o disminuciones de la deriva del eje trasero en función de la naturaleza de la potencia transmitida. Esta característica, fundamental en lo que se refiere a la maniobrabilidad, es definida convencio-nalmente como capacidad de dirección del eje trasero. Parece evidente que, para garantizar las mejores condiciones de adherencia, las suspensiones de un vehículo deben cumplir 2 exigencias: mantener una superficie de la huella del neumático lo más amplia posible y un contacto constante entre la rueda y la calzada.

La amplitud de la superficie de la huella del neumático se obtiene manteniendo vertical la rueda respecto al suelo, independientemente de la carga y del balanceo; por este motivo, el mecanismo cinemático de las suspensiones está estructurado de manera que abran las ruedas cargadas (cámber negativo) para compensar la inclinación (cámber positivo) producida por el balanceo de la carrocería del vehículo. Este problema se puede comprobar principalmente en los vehículos modernos de competición, en los cuales la adherencia de los neumáticos, muy rígidos y anchos, resulta muy influida incluso por las pequeñas desviaciones de la condición de apoyo máximo.

La constancia del contacto entre las ruedas y la calzada es función de la ligereza de las masas no suspendidas y del reglaje exacto de los amortiguadores. La reducción de las primeras, disminuyendo las fuerzas de inercia, permite movimientos más rápidos de las ruedas, que pueden de este modo seguir más fácilmente la configuración de la superficie del firme.

Un amortiguamiento eficaz disminuye el movimiento oscilatorio de las masas suspendidas que, de otra manera, transmitiría, a través de las suspensiones, las cargas variables a las ruedas. Un factor muy importante que influye sobre el comportamiento en carretera del vehículo consiste en las interdependencias entre el vehículo y la atmósfera; el problema es bastante complejo, ya que el perfil de una carrocería, además de poseer buenas características de penetración, debe cumplir otras exigencias aerodinámicas que muchas veces contrastan con las primeras y que intervienen más directamente en las características de estabilidad en carretera.

Un automóvil en marcha, por efecto de su movimiento dentro de la atmósfera, está sujeto al denominado viento relativo; la dirección de este último es longitudinal sólo cuando el aire está en calma, pero en la mayoría de los casos el vehículo es embestido oblicuamente por una masa de aire.

Para simplificar, pueden considerarse separadamente las 2 componentes, longitudinal y transversal, del empuje aerodinámico sobre el vehículo en movimiento.

El efecto producido por la componente longitudinal (excluyendo la resistencia al avance) es una variación de las cargas verticales sobre los 2 ejes; las causas son de 2 tipos distintos: por efecto del par de fuerzas constituido por la resistencia aerodinámica y el empuje motor, se origina un momento que tiende a levantar el eje delantero; a este desequilibrio se suma el efecto de sustentación provocado por la carrocería, que aligera de manera más o menos apreciable los 2 ejes. El empuje transversal se manifiesta con una transferencia de carga entre las 2 ruedas de los 2 lados y con un desequilibrio más sensible entre los empujes laterales de los 2 ejes. Por esta razón, es determinante la posición relativa entre la resultante de la adherencia de las ruedas (cuyo punto de aplicación no es fijo) y el empuje lateral; si coinciden acción y reacción, el viento lateral no origina ningún momento y el vehículo sólo sufre un ligero desplazamiento lateral; cuando no coinciden, el momento resultante ocasiona un bandazo. Esta consecuencia es peligrosa principalmente cuando la resultante del empuje se desplaza hacia delante; en este caso el bandazo ocasiona una desviación del eje delantero que favorece la inclinación lateral y requiere correcciones relativamente elevadas.

Si, por el contrario, el centro de empuje lateral se desplaza hacia la parte trasera, simplemente detrás de la resultante de las adherencias, el bandazo hace que el vehículo se oriente en sentido contrario a la dirección del viento y de este modo se crea una deriva que se opone al empuje lateral. Las mismas reacciones se producen cuando el viento relativo tiene unas direcciones oblicuas a consecuencia de una posición atravesada del vehículo respecto a la trayectoria.

Para variar la sensibilidad del viento lateral, especialmente peligrosa a altas velocidades, se suelen redondear o reducir la altura de los flancos (para disminuir la intensidad de empuje lateral) y, colocar aletas verticales (para desplazar el centro de empuje).

En la técnica de los vehículos de competición ha habido, sobre todo desde finales de los años sesenta, un cambio radical en el criterio de resolución de los problemas aerodinámicos. Mientras que en tiempos anteriores se procuraba sólo reducir el coeficiente aerodinámico de penetración, posteriormente se comenzaron a aprovechar las interdependencias de la carrocería con el aire para mejorar la adherencia al suelo: primero adaptando la línea de las carrocerías a tales exigencias y más tarde adoptando superficies o perfiles de antisustentación (spoi-lers y otros tipos de alerones).

Los empujes aerodinámicos verticales mejoran las características de estabilidad en carretera, puesto que aumentan la carga vertical sin variar el empuje centrífugo (que sólo es función de la masa del vehículo).

Otra ventaja consiste en el mejor equilibrio entre las ruedas de un mismo eje, pues a igualdad de transferencia dinámica de carga, la adición de la carga aerodinámica, que es igual para ambos neumáticos, reduce la diferencia porcentual entre las solicitaciones verticales, disminuyendo, como consecuencia, la deriva del eje.

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