La geometría de dirección de Ackermann es una disposición geométrica de los enlaces en la dirección de un automóvil u otro vehículo diseñada para resolver el problema de las ruedas en el interior y el exterior de una curva que necesitan trazar círculos de diferentes radios .
Fue inventado por el constructor de carruajes alemán Georg Lankensperger en Múnich en 1816, y luego patentado por su agente en Inglaterra, Rudolph Ackermann (1764-1834) en 1818 para carruajes tirados por caballos. Erasmus Darwin puede tener una reivindicación anterior como inventor que data de 1758. [1] Ideó su sistema de dirección porque se lesionó cuando un carruaje volcó.
La intención de la geometría de Ackermann es evitar que los neumáticos patinen lateralmente al seguir la trayectoria en una curva. [2] La solución geométrica para esto es que todas las ruedas tengan sus ejes dispuestos como radios de círculos con un punto central común. Como las ruedas traseras son fijas, este punto central debe estar en una línea que se extiende desde el eje trasero. La intersección de los ejes de las ruedas delanteras en esta línea también requiere que la rueda delantera interior gire, al girar, en un ángulo mayor que la rueda exterior. [2]
En lugar de la dirección de "plato giratorio" anterior, donde ambas ruedas delanteras giraban alrededor de un pivote común, cada rueda tenía su propio pivote, cerca de su propio cubo. Si bien es más complejo, este arreglo mejora la capacidad de control al evitar que se apliquen grandes entradas de variaciones de la superficie de la carretera al extremo de un brazo de palanca largo, así como al reducir en gran medida el recorrido hacia adelante y hacia atrás de las ruedas directrices. Un enlace entre estos cubos hace pivotar las dos ruedas juntas, y mediante una disposición cuidadosa de las dimensiones del enlace se pudo aproximar la geometría de Ackermann. Esto se logró haciendo que el enlace no fuera un simple paralelogramo, sino haciendo que la longitud de la barra de dirección (el enlace móvil entre los cubos) fuera más corta que la del eje, de modo que los brazos de dirección de los cubos parecieran " divergir ". A medida que la dirección se movía, las ruedas giraban según Ackermann, y la rueda interior giraba aún más. [2] Si la barra de dirección se coloca delante del eje, en cambio debería ser más larga en comparación, preservando así esta misma "divergencia".
Una aproximación simple a la geometría de dirección Ackermann perfecta se puede generar moviendo los puntos de pivote de la dirección [ aclaración necesaria ] hacia adentro de modo que se encuentren en una línea dibujada entre los pivotes de dirección , que es el punto de pivote, y el centro del eje trasero. [2] Los puntos de pivote de la dirección [ aclaración necesaria ] están unidos por una barra rígida llamada barra de acoplamiento , que también puede ser parte del mecanismo de dirección, en forma de cremallera y piñón , por ejemplo. Con Ackermann perfecto, en cualquier ángulo de dirección, el punto central de todos los círculos trazados por todas las ruedas se encontrará en un punto común.
Los autos modernos no utilizan una dirección Ackermann pura , en parte porque ignora importantes efectos dinámicos y de flexibilidad, pero el principio es válido para maniobras a baja velocidad. Algunos autos de carrera utilizan geometría Ackermann inversa para compensar la gran diferencia en el ángulo de deslizamiento entre los neumáticos delanteros interior y exterior al tomar curvas a alta velocidad. El uso de dicha geometría ayuda a reducir las temperaturas de los neumáticos durante las curvas a alta velocidad, pero compromete el rendimiento en maniobras a baja velocidad. [3]
La condición de Ackermann del tren de vehículos se cumple cuando tanto el eje de la rueda del vehículo como el del remolque apuntan al centro de giro teórico (centrum de momento). [4]