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Cómo funciona la tecnología 'Steer by Wire'

Comentar Publicado el miércoles 18 de junio de 2014
Cómo funciona la tecnología ´Steer by Wire´

El Infiniti Q50 es el primer coche del mundo que ofrece una dirección ´by wire´, en la que el volante no está conectado mecánicamente con las ruedas.

Está claro que en Nissan hay alguien que, por algún motivo, está obsesionado con crear la dirección perfecta. Sólo así se explica su larga tradición de direcciones con funciones ´especiales´. La tradición se remonta al Nissan Skyline GTS de 1985, que empleaba la que podemos considerar como la primera dirección a las cuatro ruedas moderna, la HICAS o High Capacity Actively Controlled Steering, y sigue viva en modelos de Infiniti –la marca de lujo de Nissan– que pueden disponer de dirección a las cuatro ruedas como el G37, o de Renault –que estableció una alianza con Nissan en 1999– como el Laguna. La del Laguna, por cierto, la probamos en el número 90 de nuestra revista Car&Tecno y funciona muy bien.

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Habrás leído últimamente que las direcciones asistidas de los coches modernos carecen de tacto. Pero aplicar esa coletilla a la DAS carecería de sentido. Definimos ´tacto de dirección´ como la fuerza que hace la dirección para regresar a la posición central. Esa fuerza depende factores como la velocidad del vehículo, la adherencia disponible y las ´cotas´ de la suspensión –que determinan cómo apoya el neumático sobre el asfalto–.

Generalmente, la suspensión se diseña de forma que la relación entre el tacto y el ángulo de deslizamiento del neumático guarden una relación como la de la curva de la derecha: cuando los neumáticos delanteros comienzan a deslizar, la fuerza en el volante deja de aumentar, e incluso disminuye.
Este fenómeno, que suele describirse como dirección ´que se aligera´ o ´que pierde peso´, es el principal indicador de la adherencia disponible.

Una dirección con ´buen tacto´ genera ´confianza´ porque el tacto es ´consistente´ –el par de autocentrado es proporcional a la adherencia disponible– y ´nítido´ –se percibe con claridad cuando comienza a acabarse la adherencia–.
El incremento de peso de los coches –junto con las mayores fricciones que acarrean unos elementos más robustos– y la preferencia de los fabricantes por favorecer el confort y la sensación de aplomo se oponen diametralmente a la existencia de tacto en la dirección.

Y para empeorar las cosas, las direcciones con asistencia eléctrica añaden otros dos factores. Por un lado, la inercia de sus componentes, que son bastante pesados. Y por otro, las funciones que los fabricantes implementan orientadas a silenciar los efectos indeseables que se pueden apreciar en la dirección –viento lateral, baches, asfaltos con diferente adherencia...–. La situación es tan grave que prácticamente todas las dirección eléctricas asisten al conductor a la hora de deshacer el giro del volante –es decir, hay tan poco tacto que apenas es suficiente para enderezar la dirección–.

Si tienes en cuenta todo lo anterior, coincidirás conmigo en que la señal que sube por la caña de la dirección de un coche moderno es desechable. Y eso, es lo que hace una dirección by wire. Al volante del Q50 con DAS, al que no llega nada, sólo resta reponerle el tacto. La DAS recoge los datos sobre el tacto de los dos motores que mueven la cremallera, midiendo su consumo eléctrico –cada miliamperio gastado por los motores, se ha consumido para contrarrestar la fuerza de autocentrado–. Esa señal eléctrica es digitalizada, y pasada por un filtro que elimina todo lo indeseado. Por eso, por ejemplo, no percibes ningún movimiento en el volante del Q50 con DAS cuando ruedas sobre suelo empedrado.

Entonces... ¿ofrece un tacto inmaculado? Pues... sería irresponsable pronunciarse sin recurrir a un circuito en el que explorar esa zona en la que la curva hace ´meseta´ o emplear un robot de dirección que te permita obtener la curva. Desde luego, la DAS no te anima descaradamente a buscarle las cosquillas al coche, y la dirección de ninguno de los dos Q50 parece la de un kart. Pero hay que entender a Infiniti, y cuáles son las reglas del juego. Por un lado, en este segmento, el confort es un requisito primordial. Y por otro, nadie puede demandarte por ofrecer una dirección que informa poco al conductor de la adherencia disponible –todas pecan de eso–, pero sí podrían hacerlo si ofreces una que induzca al conductor a creer que dispone de más adherencia de la que realmente hay. Lo importante es que la DAS tiene potencial para, en un futuro, devolvernos el tacto de antaño... e incluso mejorarlo.

Ahora, Infiniti acaba de presentar un nuevo modelo, el Q50, y ni qué decir tiene que su dirección viene con una delicatessen incorporada. Infiniti la llama Direct Adaptive Steering, y la ofrece como equipamiento de serie en el Q50 3.5 Hybrid y, en el Q50 2.2d GT Sport, como parte de un paquete opcional llamado Safety Shield –que también incluye el control de crucero por radar y los asistentes de mantenimiento de carril y ángulo muerto– valorado en 3.900 euros.

Detrás del ambiguo acrónimo DAS se esconde el primer sistema de dirección by wire de mundo. Es decir, el Q50 es el primer modelo de serie del mundo que ofrece un sistema de dirección asistida en el que el volante no está conectado mecánicamente a las ruedas directrices. ¿Por qué querría alguien hacer algo así? Bueno, las ventajas potenciales son infinitas, y van desde una mayor flexibilidad a la hora de diseñar el interior hasta reducir los costes de fabricación de versiones con el volante a la derecha y a la izquierda, pasando por una mayor seguridad en caso de choque –la intrusión de la columna de dirección y de la estructura sobre la que se monta representa un riesgo enorme en caso de choque frontal–.

Además, hay muchas funciones de seguridad y confort que, aunque se ofrecen en la actualidad, podrían funcionar mejor si se eliminara la conexión mecánica con las ruedas, como por ejemplo el mantenimiento de carril o el aparcamiento automático –actualmente, en los modelos con dirección asistida eléctrica que ofrecen estas funciones, el volante se mueve cuando el sistema interviene–.

Finalmente, la capacidad de modificar las instrucciones del conductor abre un universo de posibilidades de cara a mejorar el funcionamiento del que, probablemente, es el sistema de seguridad más importante de todos: el control de estabilidad.

Dicho lo anterior, lo cierto es que si me hubieran consultado a mí, les habría recomendado que se centraran en desarrollar cualquier otra cosa que no estuviera relacionada con la dirección.Y es que, desde la irrupción de las direcciones asistidas eléctricas y el fallecimiento definitivo del tacto de dirección que trajeron aparejadas, el público está preparado, con ´los tomates cargados´, a la espera de cualquiera que anuncie cualquier progreso relacionado con un sistema de dirección asistida.

Y podéis imaginaros el recibimiento que han dispensado al primero que elimina cualquier clase de conexión entre el volante y las ruedas. En palabras de alguien impecablemente neutral como lo es el editor de Vehicle Dynamics International, John O'brien, mientras charlábamos con motivo de la votación de los premios homónimos, ha sido "tibio" –tradúzcase como peor, incluso, de lo esperado–.

Sin embargo, si analizas detenidamente qué tal funciona el sistema, qué promete y qué ofrece, llegas a la conclusión de que hace un trabajo bastante satisfactorio.

Hay que empezar reconociendo que la DAS de Infiniti funciona. Al menos, si como criterio de funcionamiento tomamos el hecho de que alguien que no sepa que está conduciendo un coche con dirección by wire, jamás llegará a sospechar que lo que sostiene entre las manos es, en gran medida, el volante de una Play Station. Ya sea conduciendo deprisa o aparcando, la dirección siempre tiene un tacto muy realista.

De cara a evaluarla, hemos realizado tanto pruebas cualitativas –hemos conducido el coche mucho tiempo– como cuantitativas –hemos medido el movimiento del volante para comprobar qué tal funciona su faceta adaptativa y si realmente requiere menos correcciones por parte del conductor–.

Qué sabe hacer

La dirección DAS ofrece tres niveles de rapidez y tres de asistencia -ver derecha–, si bien no se pueden combinar de cualquier manera. El más empleado es el Estándar-Estándar; sobre todo porque es el seleccionado por defecto cada vez que se arranca el coche –para escoger tu preferido, hay que seleccionar el modo Personal en el Infiniti Drive Mode Selector, en el túnel central; hay otros cuatro: Sport, Standar, Eco y Snow– .

Lo cierto es que el modo estándar funciona bastante bien: a baja velocidad la dirección tiene dos vueltas entre topes y, según se incrementa la velocidad, la relación de transmisión se reduce progresivamente. Al margen de este modo, el más interesante es el Estándar-Rápido. Proporciona una dirección muy rápida y no demasiado dura –el Intenso-Rápido es efectistamente duro–, y el tacto de dirección, a baja velocidad, siempre es más refinado que con el sistema tradicional. En la redacción existe cierta división de opiniones acerca de si la dirección es demasiado rápida en este modo. Personalmente, a mí me gusta así. Creo que si te proporcionan varios modos entre los que elegir, lo suyo es que se note una diferencia evidente entre ellos.

Uno de los argumentos a favor de comprar un Q50 equipado con DAS es que, en el Q50 con dirección convencional, el ESP no te permite absolutamente ninguna licencia. Si quieres un coche que te permita ´jugar a incordiarle´ sin renunciar a la 'red de seguridad' del ESP€ te aseguro que no es tu coche. En el Q50 con DAS, en cambio, puedes abusar del acelerador siempre que quieras y jugar a ver si eres capaz de reaccionar frente al sobreviraje antes de que la DAS gire una fracción las ruedas delanteras y lo neutralice.

Además, la DAS incluye una función de asistencia al conductor: mantenimiento de carril. La hemos probado y funciona bastante bien. Tal vez se le pueda criticar que, comparado con el mejor sistema del mercado, el Lane Assist de Volkswagen y Audi, ofrece un funcionamiento menos ´espectacular´: el sistema de Audi gira la dirección para mantener el coche en el carril incluso cuando es evidente que el conductor ha soltado el volante para enseñarle a un amigo cómo funciona el sistema, mientras que forzar a actuar al sistema de Infiniti es más complicado.

Eso sí, la DAS es capaz de realizar correcciones –pequeñas– sin mover en absoluto el volante, y puede que algunos conductores la encuentren más confortable.

Cómo funciona

La DAS está compuesta por nueve elementos. El más sencillo es la cremallera de dirección. Es la encargada de transmitir el giro de la dirección a las ruedas y se trata de una larga pieza dentada que se desplaza longitudinalmente, movida por el piñón de la dirección.

Engranados a la cremallera mediante sus respectivos piñones –y aquí empieza lo divertido– encontramos dos motores eléctricos –uno a cada extremo de la cremallera–. Existen dos por varias razones, aunque la fundamental es el nivel ASIL-D asociado a una dirección by wire. Asil son las siglas de Automotive Safety Integrity Level, la norma que define la clase de medidas de seguridad que requiere un sistema de un automóvil.

El nivel D describe lo que podría ocurrir si nos quedáramos sin dirección o esta 'enloqueciera': supondría un riesgo mortal razonable, es casi seguro que se producirían lesiones, y el conductor no podría hacer prácticamente nada por evitar el accidente. Uno de los requisitos que impone la norma –que es muuuy exhaustiva– es que todos los sensores estén duplicados. Y como los motores de la DAS son a la vez sensores, hacen falta dos.

Cada motor está controlado por una centralita. Estas dos centralitas reciben las mismas señales, elaboran los mismos cálculos y vierten a una red de datos Flexray –es un tipo de red de datos mucho más rápido y fiable que las actuales redes CAN– instrucciones idénticas para los motores. Y si no ocurre así€
...entonces, una tercera centralita, la encargada de generar el tacto de dirección en el volante, pulsaría la seta de emergencia –metafórica– y se desconectaría todo el sistema. Por supuesto, en el volante hay dos sensores de posición y de par, que vierten su información a la misma red.

Las dos centralitas de los motores usan esa información a intervalos regulares para asegurarse de que la tercera centralita no ha enloquecido. Y si albergan sospechas, pulsan la 'seta de emergencia' y se desconecta todo el sistema.

¿Y qué ocurre cuando se desconecta todo el sistema? Pues que un embrague electromagnético situado tras el volante se queda sin corriente, tú escuchas un clack... y de repente, el volante vuelve a estar conectado a las ruedas. Porque otro de los requisitos de Asil es que el sistema sea fail-safe.

Es decir, que en caso de fallo, no se produzcan daños o el riesgo sea mínimo. En este sentido, y a pesar de su aparente redundancia, la DAS requiere una conexión mecánica 'de emergencia' porque su diseño no es fail-tolerant, una característica que requiere tener todos los elementos, no duplicados, sino triplicados. Si se produce una discrepancia entre tres computadoras, la que discrepa es ignorada y el sistema sigue funcionando a pesar de la avería.

En la DAS, se escucha el acoplamiento del embrague –y se siente en el volante– cada vez que giras a tope la dirección a alguno de los lados: en esas últimas décimas de milímetro, el sistema detecta que no puede hacer coincidir el ángulo solicitado por el conductor y el girado por las ruedas y se rinde.

Prueba cuantitativa

Utilizando una cámara, unas marcas de referencia y un programa de análisis de imagen –Tracker: es gratuito, y muy fácil de utilizar–, hemos medido el movimiento del volante en ambos Infiniti –el equipado con DAS, con el modo intenso-rápido seleccionado–, mientras recorríamos un tramo sinuoso de carretera, y los hemos comparado para ver qué diferencias se apreciaban.

Lo primero que se percibe, obviamente, es que hay que girar menos el volante en el Infiniti Q50 con DAS: a lo largo del trayecto, acumulaba aproximadamente un 11% menos de grados girados. A la hora de trazar las curvas, no hemos apreciado diferencias. Sin embargo, en recta sí se nota que con DAS el volante pasa en la posición centrada un tiempo apreciable, mientras que sin DAS la dirección siempre oscila a un lado y otro –si bien, el movimiento sin DAS es más fluido–. No hemos podido medir la diferencia en el retraso en la respuesta de la dirección, pero la respuesta a pequeños movimientos del volante parece instantánea en el Q50 con DAS, mientras que sin DAS se aprecia un leve retraso. Finalmente, hemos comprobado la estabilidad direccional trazando una circunferencia de radio constante –y acelerando de 0 a 60 km/h–. Al realizar esta prueba con una dirección convencional, siempre hay que ir cerrando la dirección debido a los 'efectos autodireccionales' –y en el Q50 sin DAS no es una excepción-. En el Infiniti Q50 con DAS no hay que hacer ninguna corrección, y eso redunda en un manejo más intuitivo del volante.

 
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