GEOMETRÍA DE DIRECCIÓN DE LA MOTOCICLETA

En este artículo vamos a ocuparnos del funcionamiento del tren delantero de la moto. El tren delantero es responsable de buena parte de la sensación de estabilidad que percibe el piloto. Esa sensación se debe a la combinación de dos efectos muy importantes: el efecto giroscópico producido por la rotación de las ruedas y el efecto autoalineante producido por la geometría de la dirección.

Las motos tienen un equilibrio inestable debido a que su centro de gravedad está por encima de las huellas de apoyo de las ruedas. No hay más que soltar una moto en posición vertical para comprobarlo; se caerá al suelo de inmediato. Pero una vez en marcha la cosa cambia. Si soltamos una moto en marcha tardará decenas, e incluso cientos de metros en caerse. No es que el equilibrio de la moto se haya vuelto estable, pero responde tan lentamente que cualquier piloto, por novato que sea, tendrá tiempo suficiente para reaccionar y corregir cualquier desviación de la moto de su inclinación de máxima estabilidad. Dicha inclinación de máxima estabilidad se produce justo cuando la resultante de la fuerza de la gravedad y la fuerza centrífuga (si estamos girando) pasa por la línea que une los centros de las huellas de los neumáticos.

¿Y qué es lo que hace que la moto se haya vuelto mucho menos inestable? Muchos pilotos creen que se debe al efecto giroscópico de las ruedas. Y tienen razón, pero solo en parte. Las ruedas tienen un momento de inercia y las leyes de la Fisica nos dicen que hace falta un par de fuerzas de cierta magnitud para cambiar la inclinación de una rueda que está girando, tanto mayor cuanto mayor sea la velocidad a la que circulamos. Pero lo que más afecta a la estabilidad de la moto, con diferencia, es la geometría de la dirección. De hecho, una moto bien diseñada y con control de velocidad (o simplemente con el puño del gas abierto y bloqueado) podría circular durante muchos kilómetros sin caerse, suponiendo que no encontrase obstáculos en su camino.

La geometría de la dirección se diseña para que la huella de apoyo del neumático delantero siempre quede por detrás del punto de contacto en el suelo de la prolongación del eje de la tija de dirección. La distancia entre el centro de la huella del neumático y el punto de contacto de dicha prolongación se denomina avance, y es uno de los parámetros de diseño más importantes de cualquier moto. Este avance se consigue inclinando hacia delante la tija de la dirección un cierto ángulo (el ángulo de lanzamiento de la dirección), posicionando las barras de la horquilla más hacia delante que la tija de la dirección, e incluso diseñando las tijas para que las barras de la horquilla no sean totalmente paralelas al eje de la dirección.

Gracias al avance, si la moto está circulando en línea recta y la dirección se desvía lo más mínimo, aparece de inmediato un par de fuerzas, proporcional (para pequeñas desviaciones) al ángulo que se haya desviado, que tiende a enderezar la dirección de la moto. Con ello, el centro de gravedad vuelve a posicionarse sobre la línea que une las huellas de los neumáticos y la moto mantiene su equilibrio. Este es el efecto autoalineante, conocido por la mayoría de pilotos. Pero lo que no es tan conocido es que es este efecto autoalineante (y no el efecto giroscópico de las ruedas) el principal responsable de que una moto pueda circular tan largas distancias sin piloto y sin caerse.














Es más, pocos pilotos saben que el efecto autoalineante no siempre corrige la dirección de la moto para que vaya en línea recta. De hecho, es capaz de ajustar automáticamente el giro del manillar a la inclinación de la moto, de modo que ésta pueda mantener la estabilidad mientras trazamos una curva, aunque soltemos el manillar. ¿Y cómo se consigue que haga esto? Pues lo hace gracias a que el neumático delantero no es plano. El perfil redondeado del neumático no sólo sirve para que el tamaño de la huella del neumático se mantenga (o incluso se incremente) al inclinar la moto, manteniendo así (o mejorando) la adherencia al inclinar para tomar una curva. También sirve para que el neumático pase a apoyar sobre una zona que no está centrada, sino que está desplazada hacia el lado que estamos inclinando. Pues bien, como el efecto autoalineante tiende a alinear dicha huella con la proyección en el suelo de la tija de dirección, el resultado es que dicho efecto fuerza un giro del manillar hacia el lado que estamos inclinando la moto.

Es más, una vez ha girado el manillar, lo mantiene estable en esa posición, siempre y cuando no cambie la inclinación de la moto. Y ahora viene uno de los aspectos más complicados de la geometría de dirección, difícil de percibir por el piloto pues su efecto dura muy pocos segundos. Si el ángulo que gira el manillar como resultado de inclinar la moto y del efecto autoalineante es tal que la moto traza la curva con un cierto ángulo de giro, y la resultante de la fuerza centrífuga y del peso pasa por la línea que une las huellas de los neumáticos, la moto mantendrá la trazada de la curva sin que hagamos fuerza sobre el manillar. De lo contrario, habrá que hacer fuerza sobre el manillar en uno u otro sentido para que la moto mantenga su inclinación. A esto se refieren los términos moto (o dirección) subviradora o sobreviradora. A este respecto hay que indicar que no hay un diseño óptimo, pues la fuerza centrífuga no solo depende del radio con que trazamos la curva sino también de la velocidad a la que vamos. Por tanto, una dirección neutra lo es para una determinada velocidad de paso por curva para cada ángulo de inclinación. Por tanto, se podría decir que toda moto tiene un comportamiento neutro de la dirección si acertamos con la velocidad de paso por curva para la inclinación con que la tomamos. Pero si solemos trazar más rápido o más lento de lo que corresponde a ese comportamiento neutro, pues habrá que corregir un poco con el manillar. Pero lo realmente importante es que la mayor parte del trabajo lo hace sola la moto, gracias a la geometría de la dirección.

Pero aquí no acaba todo. Hay situaciones en las que aumenta el efecto autoalineante, no porque se desvíe más la dirección del ángulo en el que debe estar, sino porque aumenta la fuerza de rozamiento del neumático sobre el suelo. Esto se da, por ejemplo, al frenar muy fuerte con el freno delantero. En esta situación, aunque el avance disminuye un poco porque se hunde la horquilla y disminuye el ángulo de lanzamiento, la fuerza de rozamiento del neumático sobre el suelo aumenta mucho, compensando con creces la disminución del avance, y aumentando bastante el efecto autoalineante. Esto es bueno, porque nos hace la moto más estable en un momento en que realmente lo necesitamos.

Supongo que más de uno se habrá dado cuenta ya de que si el efecto autoalineante es tan fuerte, dicho efecto se opondrá a que cambiemos la dirección de la moto para poder tomar una curva. Y así ocurre, en efecto. Pero como vamos a ver, más que un oponente, el efecto autoalineante va a ser nuestro aliado, si sabemos aprovechar su fuerza en beneficio nuestro. ¿Y cómo hacemos esto? Pues inclinando la moto y dejando que el efecto autoalineante se encargue de girar él solo el manillar. ¿Y cómo inclinamos la moto?

Veámoslo paso a paso. Para tomar una curva, debemos conseguir que la moto empiece a inclinar hacia el lado hacia el cual queremos girar. Para ello realizamos la maniobra denominada contramanillar, forzando el manillar en sentido contrario al que queremos girar. A poco que giremos el manillar, esta maniobra provoca una violenta fuerza centrífuga en sentido contrario, inclinando rápidamente la moto hacia el lado que realmente queríamos girar. Una vez la moto se está inclinando hacia el lado que queremos girar, el efecto autoalineante se va a encargar, sin que nosotros hagamos fuerza alguna, de deshacer el contramanillar y de girar seguidamente hacia el lado que queremos tomar la curva, estabilizando el manillar en esa posición. La moto va casi sola.

También hay trucos que utilizan los pilotos más expertos para reducir incluso esa fuerza inicial que hay que aplicar para conseguir el contramanillar, pues en ese momento hay que hacer bastante fuerza para vencer el efecto autoalineante. Lo primero es dejar de frenar justo antes de iniciar el contramanillar, pues como hemos visto antes, el efecto autoalineante aumenta mucho durante la frenada. Lo segundo es aprovechar que la horquilla se ha hundido durante la frenada, disminuyendo el avance, y con él, el efecto autoalinenante. Por tanto, si dejamos de frenar y realizamos el contramanillar antes de que la horquilla, ralentizada por el circuito hidráulico de extensión, haya podido recuperar la posición que tenía antes de la frenada, es cuando menos fuerza tendremos que hacer para conseguir inclinar la moto.

Hasta ahora hemos descrito el comportamiento del efecto autoalineante como si tuviese un efecto instantáneo. Nada más lejos de la realidad. Además del momento del par de fuerzas que tienden a alinear la dirección, proporcional (para pequeños ángulos) al ángulo que se ha desviado la dirección desde su posición de equilibrio, tenemos la inercia de rotación alrededor del eje de la dirección de todos los elementos que se mueven al girar el manillar. Esta inercia produce una fuerza proporcional a la aceleración angular. Así que ya tenemos todos los ingredientes para que, al igual que más adelante veremos con más detalle para las suspensiones, la dirección entre en resonancia y empiece a oscilar. Afortunadamente, los expertos en sistemas dinámicos saben cómo resolver este problema, y la solución pasa por incluir un elemento que realice una fuerza proporcional a la velocidad angular de giro del manillar y opuesta al movimiento. Este no es otro que el amortiguador de dirección, que debe ajustarse para que, al menos, elimine todas las oscilaciones del manillar (que no tienen nada que ver con las vibraciones).

Obviamente, cada moto tiene una geometría de dirección diferente. En general, las motos deportivas tienen menos avance que las motos de turismo, con lo que hace falta menos esfuerzo para realizar el contramanillar e inclinar muy rápido. También hemos visto que la geometría de la dirección se puede ajustar para conseguir un comportamiento neutro a determinadas velocidades, que en general serán más altas para las motos deportivas. También es muy importante, como hemos visto, el perfil del neumático. Y además hemos visto, aunque sea de pasada, la importancia de los reglajes de la suspensión delantera.

El ángulo de lanzamiento (y por tanto, el avance) se puede variar en una magnitud muy pequeña subiendo o bajando las barras de la horquilla respecto a la tija de dirección. De hecho, las motos deportivas suelen llevar grabados unos anillos de ajuste en la parte superior de las barras de la horquilla. El ajuste del ángulo de inclinación del basculante también afecta ligeramente al avance. Es posible poner una tija de otro modelo de moto, o realizada por encargo, que varíe la separación de las barras de la horquilla respecto al eje de la tija de dirección. También puede cambiarse la progresividad del efecto autoalineante al inclinar la moto mediante un cambio de neumático (perfil más redondeado o más picudo). Finalmente, se puede añadir, cambiar y/o ajustar el amortiguador de dirección.

Una vez más, dada la complejidad del comportamiento dinámico del conjunto de la dirección, mi consejo es no hacer modificaciones si no se sabe muy bien lo que se hace. He visto moteros que han reducido el ángulo de lanzamiento, haciendo la dirección más ágil pero mucho más nerviosa, cuando lo que buscaban era una mayor estabilidad en recta a velocidades más altas. También he visto reducciones de altura de motos (para que su dueña llegase con los pies al suelo) que han reducido mucho el avance, sin buscarlo, convirtiéndola en una moto muy inestable. Finalmente, he visto montajes de amortiguadores de dirección usando kits para otros modelos, que han acabado con el amortiguador medio suelto para que no roce en algún sitio o con el vástago incrustado en el depósito de expansión del circuito refrigerante. Como siempre, mi consejo es acudir a un especialista cuando la moto no se comporta como debiera.


 

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