Sr. Pera sábado, 30 de abril de 2011

Seguimos con el proyecto de Fórmula SAE, siguiendo el desarrollo del monoplaza de la Universidad Europea de Madrid. Hoy explicamos el sistema de dirección de las ruedas delanteras, y cómo funciona una dirección "ackermann" y por qué es mucho mejor.


Comencemos por una idea sencilla: Si miramos desde el cielo a un coche girar en una curva bajo nosotros, las ruedas del lado exterior dibujarán una línea curva y las ruedas del lado interior otra paralela a aquella. ¿No? Ok, tenemos dos curvas pero con radios distintos. Es decir, la curva que describen las ruedas del interior es más cerrada y la línea que describen las ruedas exteriores es más abierta (tiene mayor radio). ¿Hasta aquí bien? Este concepto gilipollesco es la base de lo que vamos a hablar ahora sobre la dirección Ackermann que va a llevar nuestro Fórmula SAE, así que si no ha quedado claro, re-leedlo, haced dibujos en un papel, iros a hacer círculos con el coche a un campo de tierra, o lo que sea...

Si hemos asumido la idea anterior, comprenderemos que la dirección de nuestro fórmula debe hacer girar las ruedas del interior más grados que la del exterior. Pero además, debe hacerlo de forma progresiva, de manera que en las curvas con poco giro, la diferencia entre ambas ruedas sea mínima, y en las curvas cerradas la diferencia de ángulo entre ambas ruedas sea más acusada, incluyendo entre estos dos extremos todas las posibles situaciones intermedias.


¿Complicado? Sí. Pero para eso tenemos el invento del Sr. Ackermann (al que no podemos entrevistar porque esta muerto, aunque al paso que vamos...). Ackermann es sinónimo de ángulos progresivos entre ambas ruedas al girar, acoplando el giro a cada situación. Es cuestión de ajustar correctamente la colocación de los brazos de la dirección y ángulos entre ellos, para que al girar el volante vayamos obteniendo unos ángulos que coincidan con los buscados. ¿Cuáles? Veamos...

A pesar de que hoy en día se hace esta medida con sistemas digitales, durante décadas se ha realizado dibujando líneas en el suelo. Para ello fijamos una chapa plana en la llanta, y con ella dibujamos en el suelo las líneas rectas con las que avanzaría la rueda, y al girar el volante 15º (por ejemplo), marcamos en el suelo con un color la línea de dirección de cada rueda. Hacemos lo mismo para varios ángulos de giro, y ya tenemos material dibujado para medir los ángulos que obtenemos para cada giro de volante, y compararlos.

La manera de hacer que esos ángulos encajen en un sistema Ackermann es cuestión de ajustar los brazos de la dirección de manera que dibujen una línea perfecta que confluya en el punto donde se cruza la bisectriz del coche y el eje trasero. ¿Demasiado concentrado? En realidad está resumido hasta el infinito para no entrar en interminables detalles sobre la dirección, sus tipos, su ubicación, reenvíos, y otras salvedades que harían que tuviéramos que escribir un libro. Además, tampoco queremos hacerles el trabajo a los ingenieros de los otros equipos, jejejee...


Sólo les daremos una pista, y es que este asunto del ángulo que tengan los brazos de la dirección respecto al punto medio del eje trasero, es la clave para re-ubicar la dirección y poder adelantarla o retrasarla sin afectar negativamente al Ackermann del giro de las ruedas. Una cosa es diseñar el coche sobre el papel, y otra es meter luego al piloto y que le quepan las piernas entre la dirección , las suspensiones, los pedales... Por ello podemos permitirnos adelantar o retrasar la dirección sin afectar nuestro amado ángulo ackermann, siempre que cuidemos ese tema del ángulo de los brazos de la dirección hacia el punto intermedio del eje trasero. De lo contrario, podemos terminar el trabajo, ver las ruedas perfectamente paralelas, y al girar el volante, ver que cada rueda obtiene el ángulo que le da la gana....

Esperemos que se haya entendido bien todo el tema de la dirección, el sistema ackermann, y otros similares. Sé que es complejo, ni yo termino de apañarme bien con algunos efectos que genera y maneras de conseguirlo en determinadas situaciones. Es un tema sobre el que hay mucho mucho material escrito, porque da para ello, y nosotros nos lo hemos ventilado en 10 minutos y con 2 dibujos... Por eso, una vez más, volvemos a pedir paciencia y comprensión a los ingenieros y entendidos, porque habremos olvidado mil cosas, simplificado teorías y dadas por supuestas muchas ideas, pero como siempre decimos, esto tiene que ser breve, de fácil comprensión, y utilidad, sin llegar a revelar el trabajo creativo de los ingenieros del presente proyecto y que lo puedan copiar al pie de la letra otros equipos...

Pronto seguiremos, y tras terminar el chasis con una entrega sobre los frenos, empezaremos a entrar ya en asuntos de mecánica más compleja: motores y transmisiones... ¡Que no se nos despiste nadie!

18 comentarios:

Sr. M de Manzana dijo...

Me lo he leido una vez y es un poco follón, pero lo que se tiene que entender se entiende. Pera & co. haceis un gran trabajo acercandonos estas paranoias de cientifico loco que en realidad son de lo mas obvio una vez te las cuentan.

BTW, metedle un espacio entre el primer parrafo y la foto. Repelencia al poder.

Sr. Pera dijo...

Cierto lo de la foto, solucionado!!!

Efectivamente es un follón, sin duda el tema más complejo de resumir (más que las suspensiones, ojo), pero lo importante es entender el concepto y su repercusión. El tema práctico lo encuentras en mil manuales.

Y gracias por los elogios! Eso nos anima un montón!

Sr. Melocoton dijo...

Ya podiais haberme hecho el trabajo para mi formula, jajajaja. Esta muy bien resumido para lo extenso que puede ser este tipo de temas.
Gracias por acercar lo que tenemos entre manos a la gente de a pie.

Sr. Pera dijo...

Gracias a vosotros por el trabajo que haceis y dejar que lo vayamos publicando!
Si echas un ojo a las entrevistas recientes, verás que los directores de equipo de Aston Martin Racing y Ferrari P4/5 Competizione os dedican unas líneas!

ELCULEBRAS dijo...

La verdad que esta genial y ya que en "breve" voy a ponerle uno a mi coche.os propongo de la disferencias de llevar autoblocante y no llevarlo.Las ventajas y desventajas los efectos que hace....

Ale.. jajaj un saludo!!! ;)

ELCULEBRAS dijo...

porcierto,despues de proponeros este otro articulo y de sorprenderme a mi mismo al pillarlo todo bien...creo recordar que muchos karts,si no todos disponen de este tipo de direccion,eso si un poco mas rustica ya que cuando vas ha hacer tope la direccion gira un poco mas la rueda interior a la curva(un poco,o bastante mas xD).Corregidme si me equivoco.

Sr. Pera dijo...

Los Karts pueden llevar dirección Ackermann, por supuesto. Es cuestión de regulación, por lo que algunos de los que solemos alquilar los pobres cuando vamos a un karting, ni Ackermann ni nada... pero se supone que los Karts decentes lo llevan.
Que no tengan cremallera no significa nada, de hecho, en su momento se pensó para el Fórmula si ponerle el mismo sistema que en los Karts.

Diferenciales? No me lo recuerdes, cuando hablemos de las transmisiones hablaremos bastante sobre los diferenciales...

Perry Mason dijo...

elculebras, como veras en el primer dibujo, que en un kart(o cualquier otro vehiculo) se gire mas la rueda interna girando a tope es justo lo que se desea, ya que describe una curva mas cerrada!

en este articulo solo echo en falta que comenteis como afectan los 3 angulos de la direccion al comportamiento del coche. viene explicado en el arias-paz, mi biblia automovilistica, y a grandes rasgos creo que puede ser interesante

de hecho, la direccion es el elemento más complejo de diseñar en un chasis, más que cualquier otro; elegir bien cada uno de esos ángulos supone la diferencia entre un buen chasis con buen agarre mecanico y estabilidad en curva y uno mediocre; no todo es reparto de pesos...

por ultimo un apunte? al F-SAE le han puesto diferencial? los karts no llevan...supongo que ya lo tratareis, pero por adelantar alguna dudilla que me surge...un saludo!!

Sr. Pera dijo...

Mr. Perrrrry Mason: exacto! Ademas Arias Paz es uno de nuestros grandes ídolos! Para cuando lo retomemos lo explicaremos, pero sí, lleva un buen autoblocante. Piensa que los drive-shafts son de carbono y muy finos, y en las pruebas de skid pad cuando describes círculos pequeños l diferencia de avance entre las ruedas interior y exterior es grande, y sin diferencial puedes partir un palier.

Anónimo dijo...

Sinceramente: una pena que no sepáis de lo que habláis, porque ganas si que hay.

El ackerman SIEMPRE depende de dónde se ubique cremallera. Siempre. Coge un ADAMS, o coge ese FSAE que dices que has hecho y haz experimentos. Mide, y saca conclusiones.

Esos dibujos de tirar lineas en 2D están muy bien, pero la realidad es 3D, y las trayectorias son un poco más complicadas. Además, los centros de rotación varían continuamente, con lo que las posiciones iniciales sólo nos dicen dónde estaría el giro de ackerman óptimo EN LAS RECTAS, con lo que su importancia es bastante insignificante.

En fin: que no os creáis todo lo que os cuenten, y mucho menos lo que se lee por internet.

Sr. Pera dijo...

Hola Anónimo, gracias por la aclaración y por tu espíritu crítico. Efectivamente es un tema complicado, yo soy abogado, no ingeniero, y para todos estos artículos recurrimos a los ingenieros y estudiantes de ingeniería que participan en el Fórmula Sae, no te puedo decir más, ellos me lo explican, ellos me dan material de consulta, y ellos me corrigen lo que escriba. Si ha habido incorrecciones lo siento mucho, pero no puedo controlar más la cadena de información, ni recurrir a fuentes más directas. Lo siento si te hemos defraudado.

Anónimo dijo...

Si no pasa nada: es sólo que el mito del ackerman va por ahí desde hace 100 años... y aunque el concepto es correcto, el método que explican casi todos los libros, páginas de internet y que conoce todo el mundo... ¡es incorrecto!

Lo dicho: basta con medir un coche de verdad para entenderlo.

Por otra parte: el ackerman "ideal" es útil para aparcar, para empujar el coche con facilidad, o para maniobrar camiones sin desgastar demasiado los neumáticos. A alta velocidad importa poco. Ante altas aceleraciones laterales importa poco, y con poco radio de curva importa poco (¿qué más da a dónde apunte la rueda interior, si apenas toca el suelo debido a la transferencia de carga?). Lo dicho: un mito.

Sr. Pera dijo...

Recuerdo que concretamente para esta entrada consulté el "competition car suspension", de Satninford (creo recordar), parecía bastante serio aunque sin profundizar mucho. Te agradezco que nos desmientas este mito, y en cuanto pueda voy a desindexar el articulo para que no salga en las busquedas de Google y se siga difundiendo (al menos la parte que me toca).
Es bastante lógico lo que dices, en realidad la rueda interior apenas guía al coche y menos con la suspensiones que llevan estos coches.

Anónimo dijo...

porque las llantas traceras de gokart arrastran en una vuelta prolongada y frenan

gaston dijo...

mi auto de carrera no dobla en las curvas cerradas. voy a revisar eso y despues doy mi resultado.

Carlos dijo...

Respecto a lo de que solo es útil con curvas cerradas...hay que tener en cuenta que los circuitos por donde corren los fórmula sae tienen curvas lentas y son estrechos, no hay curvones ni parabólicas donde las suspensiones trabajen al limite. gracias por la aclaracion y por supuesto por el articulo

roniesalas dijo...

Respecto a lo explicado, me refiero al tema especifico, TODO QUEDO MUY CLARO y se entiende. Solo debemos añadir que implicancia tendria lo versado cuando se interrelacione con la velocidad, transferencia de fuerzas, altura, CG. CR. etc. etc.

pablo oropel dijo...

hola amigos. Necesito de su ayuda. me estoy haciendo un karting un tanto rustico...no lo quiero para para competir ni nada por el estilo..solo un pasatiempo.. pero tengo algunos problemas.. el mas serio es que no dobla. las dos ruedas estan alineadas, pero al girar el volante, aunque las ruedas doblan, el karting sigue derecho arrastrando las dos ruedas delanteras. Cual sera el problema? desde ya gracias

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