La estabilidad según la posición del motor

La estabilidad según la posición del motor

Desde los comienzos de la historia del automóvil el motor colocado en la parte delantera y la tracción en el eje trasero, fue una conformación natural a la que nadie ponía objeción; era mecánicamente la arquitectura lógica y el reparto de pesos mas adecuado. La convulsión que supuso en todos los ordenes la 2ª Guerra Mundial, propició un nuevo planteamiento de la economía y de la escala de valores de los planteamientos industriales. Por una parte la necesidad de disminuir los costos de producción, y por otra la de hacer los coches mas pequeños, animó a los fabricantes a emprender el cambio.

Antes de la guerra en Alemania un genial diseñador (Ferdinand Porsche) asumió el compromiso de diseñar un vehículo cuyo primer objetivo era ser barato, ya que la revolución social pretendida por el régimen nazi para su pueblo pasaba por generalizar su uso haciéndole accesible a las precarias economías . El famoso Volswagen ( coche del pueblo) nacía así con una arquitectura revolucionaria: motor, caja de cambios, embrague ¡todo atrás!

Compacto, formando un bloque con la caja de cambios, el sencillo motor de 4 cilindros contrapuestos (flat four) de pequeña cilindrada, abrió la puerta a una nueva era en la que las mecánicas se contraían para dejar espacio a los ocupantes. La postguerra trajo una serie de realizaciones en mas o menos medida basadas en este diseño, e incluso en sus patentes que los vencedores no respetaron; en Italia el también mítico Fiat 600; en Francia el Renault 4cv; hasta en los Usa hubo una marca que atacó sin éxito la técnica del "todo atrás": Chevrolet con su modelo Corvair que para los gustos y tradicionalismo de los americanos era un "rara avis" tuvo la osadía sin éxito de intentarlo.

El "todo atrás" tiene principalmente la ventaja de la compacidad de la mecánica, y la ya apuntada del ahorro de espacio a favor de los ocupantes. Efectivamente, en el destinado a estos, podemos suprimir el espacio ocupado por el árbol de transmisión que lleva la tracción desde el motor delantero hasta las ruedas traseras, disminuyendo también drásticamente entre conductor y acompañante, el gran volumen ocupado entre conductor y acompañante por la envolvente del embrague y de la caja de cambios.

Como contrapartida, el maletero, se ve disminuido frente a los segundos puesto que en la parte delantera que reemplaza en este caso a la trasera como porta equipajes, nos vemos obligados a destinar necesariamente un gran volumen para que puedan moverse libremente las ruedas delanteras en su giro de dirección.

Pero se preguntará el lector si realmente tantas ventajas tiene ¿porqué ha triunfado otra solución diferente? ¿porqué decididamente en el momento actual han desaparecido todos los "todo atrás" del mercado para dar paso a los " todo delante" solo cuestionados por algunas marcas que mantienen la solución tradicional?

Para contestar a esa pregunta lógica tenemos que retrotraernos también hasta los años enque en Francia apareció en el mercado el primer " todo delante" de amplia difusión (el Citröen 11 CV, seguido por el genial 2cv algo mas tarde). La idea era dar más espacio para los ocupantes restringiendo el destinado a los elementos mecánicos, pero concentrándolos en la parte delantera. La misma idea que los de motor atrás, evitando el túnel de la transmisión, pero presentando ciertas ventajas frente a los otros: el espacio del maletero puede ser mayor ya que no requiere los grandes espacios necesarios para el giro de las ruedas directrices delanteras.

Un gran "talón de Aquiles": hacer que las ruedas directrices sean igualmente tractoras. El conseguirlo sin que el costo y por lo tanto el precio final no fuera mas alto que sus contrincantes comerciales, fue una dura batalla que llevó su tiempo. Los árboles de transmisión a las ruedas directrices cuando estas llevan a cabo un giro impuesto por el cambio de dirección, producen tirones, y ruidos indeseados. Una solución a este problema, fue la aparición de las juntas homocinéticas mucho mas caras.

En sus competidores (motor atrás), la transmisión de movimiento a las ruedas se hace sin que cambien su dirección (los cambios de dirección se hacen siempre en las delanteras) con lo cual pueden ser mucho mas baratas duraderas y silenciosas. Los fabricantes defensores de una u otra solución, exhibían sus argumentos cada vez mas drásticamente y reforzaban sus posiciones para conseguir la hegemonía de su solución en el mercado. Cuando tanto la extrema evolución seguida por los neumáticos, como el aumento paulatino de la potencia de los motores, hicieron que las prestaciones de los coches crecieran en gran medida, en las todavía arcaicas carreteras con trazados enrevesados se destacaron las grandes ventajas que ofrecían los tracción delantera frente a sus competidores.

Poco a poco, fueron desapareciendo los "todo atrás"; su estabilidad frente a los "todo delante" es incuestionablemente peor.

 

La posición del centro de gravedad es definitiva para la estabilidad del vehículo. Cuanto más adelantado (todo delante, o motor delantero muy adelantado y tracción trasera), tanto menos le afectarán las fuerzas desestabilizadoras.

Según el teorema de Graz-Müller: «la condición necesaria y suficiente para que un coche sea estable en su dirección ante una solicitación transversal exterior es que el poder director del tren delantero sea inferior al del tren trasero».

Un centro de gravedad atrasado (todo atrás) obliga a ir más atentos, más pendientes de la conducción, menos relajados. En el momento de la frenada, cualquier irregularidad le sacará de su trayectoria, lo que obligará continuamente al conductor a regresarle a ella, es decir a "conducir" constantemente.

Si, por la arquitectura del coche, favorecemos la parte delantera en el reparto de pesos, aunque no sea un puro "todo delante" (motor delantero tracción trasera) estamos consiguiendo un vehículo mas estable. En competición, la principal virtud de un "todo delante" en conducción normal, se convierte, en su principal defecto que le hace más lento; clavará la parte delantera y subvirará excesivamente en curvas cerradas y medias.

A un conductor que conduce con mentalidad turística de padre de familia, no le constituye ningún problema; y a cambio, en el momento que mas le interesa, recta y frenada su estabilidad será muy superior. La solución, tracción delantera; se impone por lo tanto para que los conductores no se vean obligados a "conducir " constantemente, para que los viajes sean mas relajados menos tensos y cansados.

La solución mixta, motor delante tracción atrás, tiene la ventaja frente a los "todo delante" de estar a mitad de camino; será en general estable en línea recta y frenada, y menos subvirador en lentas. Esto a costa de tener una zaga algo ligera es decir de presentar un comportamiento algo sobrevirador bajo potencia (al acelerar) si se trata de un coche relativamente potente, a la salida de la curva lenta y media lo cual —para el conductor anterior— puede constituir un susto tremendo. En curva rápida tenderá a sobrevirar, solo si se "pasa" el conductor, pero esta posibilidad no debe ser frecuente a no ser que cometa un error.

En competición donde la atención del piloto a la conducción se da por supuesta, y lo que interesa es ir lo mas rápidamente posible, hay que evitar por todos los medios que el coche se "atranque" en las curvas lentas y medias. No importa que sobrevire a la salida; la pericia del piloto contravolanteando contrarrestará esa tendencia.

La tracción delantera, por lo tanto, en el caso de la competición, es un handicap que tendremos que sobrellevar, no una ventaja; el motor atrás, y si colocado centralmente entre los dos ejes mejor (monoplazas, barquetas, coches rápidos de lujo), nos va a permitir ir mas deprisa; y como la capacidad para equipajes no es precisamente nuestro objetivo....

El enunciado del teorema es: «la condición necesaria y suficiente para que un coche sea estable en su dirección ante una solicitación transversal exterior es que el poder director del tren delantero sea inferior al del tren trasero».

La figura muestra la planta de un vehículo con una serie de fuerzas aplicadas, que veremos cuándo y porqué se crean. Llamemos R1 y R2 a la resistencia a la deriva de cada uno de los dos ejes; R1 del delantero, y R2 del trasero. La resistencia a la deriva, es la que opone el neumático a ser desviado de su trayectoria transversalmente. Ante una solicitación transversal (el viento o una curva ) las ruedas de cada tren producen una fuerza debida a la adherencia del neumático que denominamos F1 en el tren delantero y F2 en el trasero.

El ángulo de deriva que aparece en la rueda de cada tren (a) ante esta solicitación, suponemos que es igual en ambos trenes.

F1 = R1 x a
F2 = R2 x a

Si el centro de gravedad (cg)del vehículo está situado a una distancia A respecto al eje delantero, y B respecto al eje trasero, el par que se opone al creado por la fuerza externa que tiende a desestabilizarle será:

M (par) = F2 x B - F1 x A

Si en la fórmula anterior reemplazamos F1 y F2 por su equivalencia, queda:

M = (R2 x a x B) - (R1 x a x A)

que es igual, a su vez a:

M= a(R2 x B - R1 x A) .

Para que el par M sea positivo, es decir se oponga al que ha creado la fuerza exterior que es lo que nos interesa para que el vehículo sea estable: R2 x B debe ser mayor que R1 x A. Tanto R2 x B como R1 x A, expresan lo que se nombra como poder director del eje correspondiente. Por tanto: «la condición necesaria y suficiente para que un coche sea estable en su dirección ante una solicitación transversal exterior es que el poder director del tren delantero sea inferior al del tren trasero».

Para aclarar lo anterior relacionándolo con el tema de nuestro artículo, supongamos un coche que yendo a una cierta velocidad, se ve sometido a una ráfaga de viento lateral. A la fuerza producida por esa ráfaga situada en su centro de gravedad, la llamamos T. En cada uno de sus ejes podemos descomponer T en dos fuerzas T1 en el delantero, y T2 en el trasero cuya suma de efectos sea equivalentes a ella. T1 hará aparecer un ángulo de deriva a en las ruedas delanteras y T2, un ángulo b en las traseras (esta vez los suponemos diferentes para mas generalidad).

Si b es menor que a (coche subvirador), ante esa fuerza y en ese momento iniciará una trayectoria hacia la derecha del dibujo; esa trayectoria curva, hace que aparezca instantáneamente una fuerza que se opone a T (misma dirección y sentido contrario) producida por la ráfaga de viento, estabilizando el coche. Por tanto, el conductor no se ve obligado a mover el volante prácticamente.

Si b fuera mayor que a (coche sobrevirador) la trayectoria que inicia en ese instante sería hacia la izquierda del dibujo; la fuerza centrífuga que se generaría entonces, se suma a T producida por el viento tendiendo a desestabilizar el coche. El conductor deberá rectificar la trayectoria girando el volante hacia la derecha, porque sino tendería a salirse de la carretera.